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航天电子产品中的电子元器件质量控制

2020-02-14 16:39 来源:质量控制论文 人参与在线咨询

伴随当前我国航天载人工程及研制逐步向智能化、电子化的方向发展,电子元器件的作用也越来越突出,中国航天六十余年的发展历程中,电子元器件的质量控制及可靠性问题备受关注。多年来,作为航天复杂庞大系统的基础之一,元器件依然是质量控制保证工作的重点,其特征是用户牵引、问题导向、统一认识。本文重点分析和研究在航天产品中电子特殊性及质量控制。

1电子元器件的定义与现状

1.1电子元器件的定义

电子元器件是指在电子设备或者电子电路当中进行电子、光电、机电、电气控制的基本元器件,需要符合相关的规定要求,由一个或多个单位共同组成,具有完整性,在不进行暴力破坏的条件下无法对其进行分解。

1.2加强电子元器件的可靠性的重要意义

通过大量电子整机故障统计分析发现电子元器件无法工作是造成整机出现故障的重要原因。美国惠普公司曾经分析整机在保用过程中出现问题的主要原因,其中,3/4是由元器件故障产生的。法国阿里安火箭在8次发射失败当中,元器件故障导致了其中7次发射失败。如果,某个设备当中的元器件有15,000个,为了保证系统的可靠性达到95%,需要保证每个元器件的可靠度达到99.99987%,所以在应用科学技术、卫星运载火箭和导弹武器为基础的航天领域发展过程中,元器件的质量稳定性具有非常重要的作用。战略导弹以及运载火箭等的控制系统、遥测系统、地面设备等都需要成千上万的电子元器件稳定地工作,这些元器件对航天器在工作过程中的可靠性和质量有着直接影响,因此加强电子元器件的质量控制及可靠性逐步成为航天工作者需要重点关注的问题。

2航天对电子元器件的特殊要求

2.1高可靠性

在进行测试的过程中,依照元器件的适应环境进行分析,如果一批电子元器件在实验室环境下进行使用产生故障概率为1,那么这批电子元器件在飞机使用过程中出现的故障概率为6.5,在火箭飞行过程中出现故障的可能性能达到80。这些主要是由于使用过程中环境条件的不同,在电子元件失效方面的情况也各不相同。依照短期、中期、长期工作寿命,在器件失效方面需要控制在100非特,10非特,1非特,所以加强元器件的可靠性是非常关键的。

2.2特殊的环境适应性

在恶劣条件下进行工作时,航天产品的工作和储存都需要较高的要求。在航天器的零部件当中,通常来说,电子元器件非常精密,相对较为脆弱,在使用中面临指非常严苛的条件,因为需要经受振动、冲击、潮热、辐射等各种不良环境,因此需要加强管理,保证元器件可靠性的要求逐步提高。而不同用途的战略武器在烟雾抗湿热方面的要求也较为特殊,需要在这种极端恶劣的环境下具有较强的适应能力。

2.3重量轻、体积小、功耗低

为了提高效率,让航天产品在运行发射过程中消耗的能量降低,所用到电子元器件的功耗尽量小,而且质量相对较轻,所以需要使用一些功耗较低而且集成度较高的电子元器件。然而这些元器件非常精密,对其质量进行保证具有很大的难度,因为电子元器件如果已无法正常使用,会对航天产品的质量控制和研发进度等方方面面产生较大的影响。

2.4多品种、大批量、更新换代快

当前,航天技术发展速度进一步加快,随着卫星导弹逐步更新换代,所使用的电子元器件也需要依照航天产品发展的要求进行更新。要保证航天电子装备稳定、可靠地工作,就必须要有可靠性高的元器件来保障。航天型号(导弹、运载火箭、卫星、载人飞船)采用了大量的电子元器件,一般载人火箭每发箭使用的电子元器件20000~30000只,每颗卫星使用电子元器件20000~60000只,而载人航天工程使用的电子元器件则达到120000只。

3航天电子元器件质量控制

电子元器件的质量包括固有质量和使用质量。元器件的固有质量主要是由元器件生产单位在元器件设计、原材料选用、工艺、生产制造等过程中的质量控制所决定的;元器件的使用质量主要是由使用方对元器件的选用、采购、筛选、检测和使用等过程中的质量控制所决定。近几年,航天型号使用的电子元器件失效分析的统计数据表明,电子元件在电容器、电连接器、继电器的失效比率高达58.6%,例如,某单机加电程中发生爆裂,电路板上残留多余的金属丝和焊锡渣,导致设备出现故障,问题定位于固体钽电容短路,由于内部介质层存在缺陷,加电时缺陷处漏电流增大,温度升高,最终烧毁。该钽电容失效属于产品固有质量问题。

3.1加强电子元器件的统一化管理

由于航天系统较为复杂,对电子元器件进行统一,使之成为单独的子系统或者单元进行管理能够保证系统发展的效率提高。如果将它分散在各个不同的单元或者系统当中,无法进行系统化的管理。统一的管理模式在设备人力财力方面的配置较高,统一地进行管理能够有效地保障电子元器件的质量控制及可靠性。

3.1.1统一选用

对电子元器件进行合理选用,依照使用环境的要求,进行电子元器件种类、规格的选择,对供应商进行确认,加强质量等级控制。统一选用要求需要对电子元器件的选用名录进行编制,依照型号特点使用性能、可靠性、寿命等,正确地对元器件的品种、质量、规格进行选择,严格地依照要求进行控制,保证实际使用过程中的可靠性。在设计的过程中一定要对降额使用进行贯彻和落实,保证可靠性,确保所有的元器件能够有效地完成其使命,在航天产品当中发挥出应有的作用。

3.1.2统一采购

在元器件采购过程中对进度进行控制,保证元器件的质量,并且对成本进行控制。在采购的过程中,需要尽量使用集中采购的方式进行,需要使用的部门列出清单,由主管部门统一对采购进行协调,制定相应的采购成本,依照流程对审批手续进行审核。

3.1.3统一监制和验收

加强电子元器件的监制主要指的是生产单位对生产质量进行控制,判断所采购的元器件质量是否能达到使用的要求,并且组织相关人员进行验收标准的制定,依照合同规定进行相应的验收工作。

3.1.4统一复验和筛选

在电子元器件验收合格之后,依照统一的规定进行入库复验。与此同时,需要对有补充筛选项目进行相应的补充筛选,保证相关的电子元器件在使用的过程中符合要求。并且查验合格证书,随着合格证将电子元器件交给委托单位,如果电子元器件无合格证,无法保证质量,则不能装机试用。

3.1.5统一失效分析

元器件的失效分析是非常重要的,主要在于对失效的元器件进行系统化的检测,通过相应的物理、化学检测,分析出现问题的原因,与元器件失效前获得具体情况进行结合,了解细节,积极总结确定元器件失效的环境,失效的机理。通过失效分析可以了解很多内容,查找元器件的固有质量问题或是在使用的过程中没有依照相关条件使用而造成的失效问题,积极进行反馈,采取合理的方式进行纠正和处理,这样可以让元器件的固有质量和使用质量大幅度提高。

3.2对PPL实行动态管理

可以利用选用目录的方式对元器件的选择进行控制。通常而言需要对合格产品目录进行确认,在此条件下进行比较优选,产生优选目录ppl。动态管控主要是形成完善的PPI使用制度,了解元器件的具体情况,对型号的实际选用情况进行跟踪控制,及时更新,并且对新的PPl进行颁布。另外还要注意,PPI在使用的过程中,主要包含了超PPl选用的申报和审核、标准化的审查以及通过可靠性设计评审等方式进行控制。设计型号选用是相对应的出现,超PPl选用的情况,具体分析一些已列入ppl的产品,这些产品也可能会出现由于货源中断或有相应的替代产品等问题。在实际操作的过程中,也需要及时地对PPI进行修改,重视系统化的分析,进一步对设计选用进行控制。

3.3推行可靠性设计和降额设计

需要对设计规范和要求进行制定并加强推广,展开可靠性设计,在实际应用的过程中进一步控制元器件的使用,保证效率,让元器件在使用的过程中承受的应力低于其额定值,这样可以保证使用过程中各个元器件的可靠性。需要放到对每个元器件所承受的应力。元器件的降额设计是确保可靠性的重要基础,依照相关分析研究发现,有一半以上的元器件失效主要是因为超音力所导致的。

3.4强化专家咨询和评审把关

形成总体、分系统、单机三级电子元器件评审制度。在此过程中,需要注意的主要是两种形式,首先是需要加强管理,综合化地对电子元器件的质量进行评审,另外是需要重视细节,对各个具体问题进行专题评审。电子设备的故障往往体现在电子元器件的失效,问题有可能是由于外界干扰导致的,或者元件出现一定的固有质量缺陷而造成的,所以在实际使用的过程中,需要关注出现的问题,注意对电子元器件的固有质量缺陷进行分析,以判断其出现缺陷的具体原因,是设计缺陷导致质量问题,还是个别质量问题。在此过程中重视专家咨询,通过专家评审和咨询等各种方式加强管理,将电子元器件出现的质量问题进行解决。

3.5展开元器件质量复查

在复审的过程中依照相关规定进行一致性检查。在当前,质量复审也是航天质量管理过程中进行质量控制的重要方式,电子元器件的质量复审主要包含对失效电子元器件的处理、监制和验收以及质量问题的举一反三。在此过程中积极总结分析产品的质量状况,避免出现重复性质量问题。

结束语

总而言之,航天电子元器件的质量管理所牵涉的内容多种多样,管理及设计人员要对元器件的质量重要性做到充分认识,加强各个环节的质量管控,确保元器件的质量符合要求,以确保航天型号研制生产任务顺利进行。

作者:武文娟 单位:西安航天精密机电研究所

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