军用光电产品元器件质量控制新思路的探讨 军用光电产品元器件质量控制新思路的探讨 孙 娟 陈敏 （中国兵器工业第２１１研究所） 摘要：本文从元器件实际应用的角度，阐述了元器件质量控制的发展和现状，以可靠性理论 为基础，结合元器件筛选工作中质量信息的分析，借鉴国外的经验，提出元器件质量控制的新思路。 关键词：光电产品元器件质量控制 电子元器件是构成整机装备的最小单元，是 究、协调解决、共同保证元器件的质量与可靠性 整个装备的基础和重要保障资源，它的可靠性直 等，做到了航天技术、战略武器可靠性水平高于 接关系到装备整体的可靠性和战术技术指标，关 发达国家。 系到装备的成败。由于元器件在决定整机装备的 我国的工业基础能力与发达国家相比有相当 可靠性方面起着决定性的作用，对元器件质量控 大的差距，电子工业基础的差距更大。由于充分 制方法、技术和管理的探讨一直以来都是世界各 认识到元器件的质量在装备质量和经济建设中的 国可靠性工作研究的主题。然而，元器件质量控 举足轻重的作用，早在２Ｏ世纪７０年代末，就根 制又属于技术基础工程，与一个国家的工业基础 据当时的经济和技术实际情况，建立了“七专” 密切相关，在实施方法和思路上也应随着工业技 质量控制和信息反馈制度，２Ｏ世纪８０年代初， 术的进步和发展而不断改进完善。本文结合多年 建立了我国元器件军标体系，并以此为依据建立 元器件筛选工作中掌握的质量信息的分析，以可 了军用电子元器件质量认证制度，符合规定要求 靠性理论为基础，借鉴国外的经验，提出一些整 的分别列入ＱＰＬ（合格产品目录）和ＱＭＬ（合 机厂元器件质量控制的新思路。 格制造厂）目录。同时，在国产元器件质量水 １．整机厂元器件质量控制的发展和现状特点 平低，进口元器件质量难于控制的实际情况下， 工业技术发达的国家，经历了质量管理的三 整机研制和生产单位，为了保证整机产品的质 个发展阶段，经过多年的探讨和研究，总结了一 量，均建立了电子元器件筛选试验室，将二次筛 些切实有效的管理方法和技术手段，例如，只使 选作为整机厂元器件质量控制的重要手段，对装 用有可靠性历史记载的元器件；制定元器件优选 整机的元器件进行１００％的筛选，剔除早期失效 目录（ＰＰＬ），并随技术发展不断更新和完善优 元器件，保证元器件的装机质量。，这一系列的探 选目录，作为标准公布，供设计者选用；对于大 索工作，为提高元器件的质量水平起到了重要作 型设计项目，成立元器件管理委员会等等，目的 用，在保证装备质量方面也起到了相应的作用， 是最大限度地保证元器件能满足使用要求。 也为整机厂培养了一批技术人材。这种靠使用者 俄罗斯在电子工业产品质量和可靠性水平落 对元器件进行质量把关的模式（二次筛选），形 后于欧美发达国家的不利情况下，采取了适合自 成了行规制度，而不是把元器件的质量控制放在 己国情的元器件可靠性保证方法，例如坚持元器 生产和流通环节来进行控制，对国家和用户造成 件生产者与整机设备的设计者一起工作、相互研 不得已的资源浪费。同时，在整机厂实施元器件 ２２ 国防技术基础 第３期 筛选试验的过程中，也暴露出一些实际问题，例 如，元器件筛选试验耗时较长，在生产阶段进行 １００％的筛选，常常与生产进度发生冲突；建立 筛选试验工艺线，投资较大，普遍存在低端设备 重复建设，整体水平不高的现象；在研制阶段， 由于有元器件筛选这个必须进行的环节，使研发 人员放松了自身对元器件使用质量和可靠性知识 的学习和了解，将元器件质量控制的责任推给了 筛选人员，不利于提高整机的设计质量；随着表 贴器件和超大规模集成电路的广泛应用，整机厂 实施元器件筛选的技术难题表现越来越突出，特 别是超大规模集成电路的大量使用，整机厂实施 这类器件的筛选越来越困难，测试设备、测试软 件和老化设备无法满足要求，测试和老化夹具远 远滞后于微电子技术的发展，有些需要使用时现 场开发才能检测性能的集成电路甚至无法实施器 件级的筛选，例如现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ） 等；另一方面，由于元器件选型不当造成的故 障，也无法通过筛选来消除。因此，随着技术的 进步和元器件质量状况的变化，整机厂如何实施 元器件质量控制工作已成为一个新的有待探讨的 问题。 ２．整机厂元器件质量控制的新思路探讨 （１）元器件可靠性机理与可靠性筛选试验 的作用 元器件的工作可靠性由固有可靠性和使用可 靠性两部分构成，元器件的固有可靠性是产品的 内在可靠性，由设计和生产决定，而使用可靠性 则与元器件使用者对其的认识和了解密切相关。 因此，要提高元器件的工作可靠性，必须由生产 厂家和用户来共同保证。 元器件可靠性筛选是提高元器件使用可靠性 的一种手段，它的重要理论依据是元器件的失效 规律。根据元器件可靠性理论，元器件的寿命周 期规律（即失效规律）遵循浴盆曲线。 从曲线可看出，元器件的寿命周期分为三个 时期（见图１），即早期失效期、偶然失效期和 耗损失效期。早期失效期，失效率较高，且随工 作时间的延长而迅速下降，这一时期，失效的主 要原因是由于元器件生产过程中材料缺陷、工艺 工作时问 图１典型的失效率曲线 不稳定和设备状况发生变化等原因造成的。偶然 失效期，失效率低，且基本不随时间而变化，这 一时期的失效主要是元器件的固有可靠性确定 的，是由产品设计和工艺质量控制能力决定的。 耗损失效期，失效率明显上升，且随工作时间的 延长而迅速上升，这一时期失效的主要原因是老 化和磨损。 可靠性筛选的目的就是根据元器件的失效规 律，制定有效的筛选条件，剔除早期失效，使元 器件应用到整机上时，进入偶然失效期。可以用 曲线直观地表示筛选试验的作用。 ２（ｔ） 早期失效期 偶然失效期 ‘１ ｔ２ 工作时间 图２可靠性筛选试验作用示意图 经历筛选试验后，元器件进入偶然失效期的 时间由ｔ 移至ｔ ，即提前进人偶然失效期。 从图２可以看出。 ①当元器件的失效率处于随时问变化而下降 阶段时，筛选试验能使元器件加速渡过老练期， 进入使用寿命期，从而提高元器件的使用可靠 性，但不能提高元器件的固有可靠性； ②当元器件的失效率已基本趋于一个常数 时，可靠性筛选试验不能提高元器件的可靠性； ２３ 军用光电产品元器件质量控制新思路的探讨 ③当元器件的失效率处于随时问变化而上升 阶段时，可靠性筛选试验也不能提高元器件的可 靠性，只会加速它的老化，增大失效几率。 件质量控制和相关的可靠性研究工作。 在方案设计阶段：明确元器件管理要求，规 定设计和硬件标准，同时开展供方评审工作。 在设计和工程研制阶段：重视整机产品的环 因此，可靠性筛选并不能从根本上提高批元 器件的可靠性水平，只有用最佳的设计、最好的 工艺质量控制，才能制造出最可靠的元器件。 （２）元器件筛选试验中的质量信息分析 我们统计分析了多年来元器件筛选试验和实 境工程研究，对装备及其组成的元器件在制造和 使用全过程中出现的物理、机械和电磁应力进行 充分的分析，模拟这些环境对组成的元器件进行 评价试验，同时重视元器件的应用和评价研究， 际使用积累的数据，得到以下信息，按军用光电 产品质量控制要求实施筛选试验后分析如下： ①国产军品级电阻无失效发生，国产工业级 电阻不能通过筛选试验；国外工业级电阻无失效 发生； ②国产工业级钽电容，批合格率基本趋于一 个常数； ③国产军品级独石电容无失效发生，国外工 业级独石电容批合格率较高，基本趋于一个常 数； ④国产军品级二、三极管无失效发生，国产 工业级二、三极管批合格率较高，基本趋于一个 常数； ⑤质量证明文件齐全的进口Ｉｃ，无失效发 生： ⑥质量证明文件不全的进口Ｉｃ，合格率变 化较大； ⑦筛选合格的电容，由于降额设计不当，在 使用中同样出现故障； ⑧生产方即将停产改型的元器件，合格率降 低。 从以上信息中可得出以下结论： 一是军品级分立器件，在严格控制采购渠道 的情况下，在进入整机厂时已进入使用寿命期； 二是质量证明齐全的进口电路，也已进入使 用寿命期； 三是即将淘汰或退出主流市场的元器件失效 率较高。 （３）国外元器件使用方的质量控制经验 国外使用方元器件质量控制的主要经验是在 整机产品的全寿命周期内（即方案论证、设计 研制、制造和使用维修四个阶段）均开展元器 ２４ 根据整机和元器件的环境概况的分析，正确选择 元器件，根据部件的性能分析数据确定元器件的 应力，保证所组成的元器件在额定应力内使用； 在元器件设计选型时，进行必须的评价试验，重 视热设计，建立元器件允许温度极限的指导性文 件和设计准则；在样机评价时，重视元器件失效 数据的收集和分析。 在生产制造阶段：重视对元器件供方的严格 控制，定期对元器件质量进行鉴定，对生产方的 质量控制能力进行评价和检查。 在使用维修阶段：重视元器件使用失效数据 的收集、分析和处理。 （４）整机厂元器件质量控制的新思路 从源头抓起，才能真正提高元器件的质量， 达到保证整机使用元器件的质量要求，生产方和 使用方共同努力，各尽其能，才能真正提高元器 件的质量和可靠性。在生产方设计技术能力和质 量控制手段得到完善和加强的条件下，基于以上 理论和实际信息分析，提出以下整机厂元器件质 量控制的新思路： ①严格设计确认阶段的元器件评价，确定选 用元器件的类型、质量等级，严格控制设计质 量；建立相应的设计准则（热设计准则、降额 设计准则、容差设计准则等）和评审制度； ②从市场角度和制定产品标准的角度，推动 和督促元器件生产厂建立相应的可靠性筛选和评 价条件，由生产厂根据生产产品的失效模式和机 理，制定有效的筛选技术条件，确保提供给用户 的元器件已剔除早期失效品，而不是由元器件的 使用方来建立筛选评价条件； ③由生产方和供应商保证提供已剔除早期失 效进入使用寿命期的元器件，使用方严格供方检 国防技术基础 第３期 查制度，严格控制元器件的供货渠道和供货质量 ⑥设计选型时，选用市场主流元器件，避免 状况，建立元器件质量控制机构，定期对供方进 选用即将淘汰的元器件。 行考评； ３．结束语 ④使用方根据历史使用元器件数据的统计分 生产方和使用方各尽其责，根据技术的进 析结果、元器件的质量等级情况和生产厂的质量 步，结合实际，选择行之有效的元器件质量控制 信誉，有针对性地选择质量控制手段，如免筛 技术和方法，是提高元器件质量可靠性的必由之 选、抽样筛选和二次筛选等； 路，只有双方的共同配合和努力，才能达到事半 ⑤使用方注重电路组件的环境应力筛选技术 功倍的效果。 研究，建立设计阶段样机电路组件环境应力筛选 制度，严格按军标要求对样机电路组件进行环境 应力筛选试验，充分暴露设计和工艺缺陷；积极创 （本文作者通讯地址：云南昆明５００号信箱，邮 造条件，开展高加速寿命试验（ＨＡＬＴ）研究； 编：６５０２２３） 什么是型号标准化 型号标准化是为了实现武器装备研制项目的研制要求，运用系统工程的方法，根据研制项目的具体情 况，对研制项目提出并实施一整套相互联系的标准和标准化要求的一种标准化活动。 型号标准化的主要任务是实施标准和其他标准化要求，其他标准化要求包括通用化、系列化、组合化 要求，采用非研制项目等。它要求型号全体参研人员在型号研制全过程“按标准办事”。型号标准化有鲜 明的目的性，这就是标准化工作要服从和服务于研制项目的研制要求，即在规定的时间和经费内，研制出 满足“武器系统总要求”，技术精良，便于使用、维修和保障的产品。型号标准化讲求系统性，根据系统 工程的原理实施标准，解决装备寿命周期各阶段和研制项目体系结构的系统性问题。型号标准化讲求标准 实施的系统效益，根据系统工程的输入、输出的具体要求和结果实施标准，以取得最好效果。 就方而言，型号标准化与综合标准化都是运用系统工程和标准化原理。但二者在目的、依据、主 要任务、适用对象、组织机构、经费来源等方面存在以下差异。 （１）目的。综合标准化的目的：一是确保某类产品的质量和技术水平，二是建立某类产品的综合标 准体系。型号标准化也有两个目的：一是确保特定型号的研制质量和技术水平，二是实施相应标准，建立 健全型号标准体系、型号专用规范体系和其他设计文件体系。 （２）依据。综合标准化的工作依据是ＧＢ／Ｔ １２３６６和ＧＢ／Ｔ １３０１８；型号标准化的工作依据是《武器 装备研制标准化工作规定》。 （３）对象。产品综合标准化的适用对象是标准很少、不配套、未成体系的某类产品。型号标准化的 适用对象是标准基本成体系，通过健全标准体系就能满足型号研制需要的产品。 （４）任务。综合标准化的任务是有计划、有步骤地建立标准综合体，实施有关标准并对标准的实施 情况进行监督；型号标准化的任务主要是实施标准并对标准的实施情况进行监督。 （５）组织。综合标准化要成立标准４Ｌ．ｘ－作机构和协调机构；型号标准化要建立型号标准化工作系统， 作为型号设计师系统的组成部分。 （６）经费来源。综合标准化经费根据标准化机构提出的规３ｔ，Ｊ和年度计划，由标准化主管部门安排。 型号标准化经费由型号研制费开支，由型号行政指挥系统安排。 （本文摘自《国防科技工业标准化基础知识问答》） ２５
