航天电子元器件可靠性设计与分析

航天电子元器件可靠性设计与分析

赵奔峰王军龙

（陕西长岭迈腾电子有限公司陕西宝鸡721001）

摘要：电子元器件作为航天产品基础组成部分，其质量与可靠性是影响航天产品研发成败的重要因素之一。提高航天型号产品可靠性，必须提高电子元器件的可靠性。本文概述了国内外电子元器件可靠性的研究进程，同时对电子元器件的固有可靠性设计和使用可靠性设计进行分析并制定措施，进一步提高电子元器件的可靠性，从根本上保证今后航天型号产品的高可靠性。

关键词：航天电子元器件；可靠性设计；分析

1国内电子元器件可靠性研究情况

20世纪70年代，航天部门率先提议严格电子元器件筛选。1978年，鉴于型号任务的需要，航天工业部编制了《电子元器件优选手册》。1993年，由于通信卫星工程及武器型号研制的需要，航天工业总公司编制了《电子元器件选用目录》。1997年，根据载人航天工程和型号任务的需要，航天工业总公司编制了新版的《电子元器件选用目录》。2000年1月6日，中国航天科技集团公司元器件可靠性专家组在北京召开成立大会。该专家组的成立，促进了元器件可靠性的发展，对今后元器件的高可靠性具有深远意义。为了编制新的适应当前型号任务需要的电子元器件选用目录，通过调研各院所和生产单位，收集并分析大量资料和手册，于2003年7月2日，航天科技集团公司发布《航天型号电子元器件选用目录》。在源头上将元器件的选用规范化落到实处，提高型号质量及可靠性。

2航天对电子元器件的特殊要求

2.1高可靠性

根据元器件环境试验的数据，如果某批电子元器件在实验室条件下出现故障的可能性为1，那么在飞机使用条件下的可能性则为6.5，而在火箭使用条件下则为80。正是这种使用条件的不同，对电子元器件失效率要求也不同，家用电视机要求器件失效率为100非特～500非特，地面通讯设备要求器件失效率为20非特～200非特，而航天飞行器按照长期、中期、短期工作寿命而要求器件失效率分别为1非特，10非特，100非特。因此，实现元器件的高可靠性，是航天工程和国防建设的需要。

2.2多品种、小批量、更新换代快

近代航天技术发展较为迅速，导弹、卫星不断更新换代。所用电子元器件也要随航天产品更新。但是航天产品与其它工业品相比，所用电子元器件品种甚多，使用量却不大，这就很难调动电子元器件生产单位的积极性，同时也为采购管理带来了一定的困难，这一点在市场经济的条件下表现得尤为突出。

2.3重量轻、体积小、功耗低

为了减少航天产品发射和运行时消耗的能量，要求航天用电子元器件尽可能重量轻、体积小和功耗低。因此航天产品上经常采取集成度高、功耗低的电子元器件。其质量保证难度很大，这些电子元器件往往用于关键部位，直接影响了航天产品的质量和研制进度。

2.4特殊的环境适应性

航天产品要在恶劣的环境下工作或贮存，要求电子元器件具有相应的环境适应性。在组成航天器的零部件中，电子元器件是相对比较脆弱的，而其使用条件却是比较苛刻的。由于它们要经受各种高低温、潮热、高低气压、振动冲击、加速度、辐射等环境的影响，所以对元器件可靠性的要求也越来越高。例如卫星对电子元器件由不同的抗辐射要求，不同用途的导弹还有抗湿热、烟雾等特殊要求。这些特殊的环境适应性，增加了电子元器件的生产难度。

3电子元器件可靠性设计与分析

从20世纪50年代起，逐渐形成一门独立学科——可靠性工程。可靠性工程基于系统工程方法，采用数学工具，包括概率论与数理统计等，定量分析产品可靠性问题；使用失效分析法和逻辑推理研究产品故障，剖析薄弱环节，找出能够提高可靠性的方法，同时归纳经济等各方面的利弊，得到满意的产品的可靠性。可靠性技术以失效物理和概率统计作为理论基础，该技术除了在系统可靠性领域得到了广泛应用，在元器件可靠性领域也发挥着重要作用。元器件可靠性领域分为元器件固有可靠性和使用可靠性。

3.1元器件选型及供应渠道控制

由于元器件引起的电子产品故障可大致分为两类：由于使用者选型或者评估验证不当所致；二是故障源于元器件本身的质量问题。其中第一类故障占大多数。因此，加强电子元器件选用过程的质量控制具有重要意义。1)要特别注意元器件的降额使用，因为元器件使用负荷过于重，会加速元器件的老化，对设备长期稳定运行带来不利因素。2)控制新的元器件的使用比例。新开发的零部件往往不够成熟，未经过长时间考核，有一些潜在问题没有被暴露。3)在同等条件下应优先选用国产元器件。从供货保证、进度以及进一步提高国产元器件水平、提高战时的后勤保障等角度都是有益的。4)针对航天的用途以及使用环境，应明确选用元器件的质量等级、封装形式、引用端涂覆等等。5)从保证质量、工艺、供货等方面考虑，就要对元器件生产单位和供应单位进行认真评价，择优形成合格供应单位名录，并动态调整。综上所述，元器件的选型和供货渠道的选择对整机的质量控制有重要意义。

3.2电子元器件固有可靠性

电子元器件固有可靠性重点研究的是控制在设计和研制元器件过程中会对可靠性造成影响的因素。固有可靠性主要取决于元器件自身的设计、材料、工艺、生产等方面，因此，提出下面几条措施来提高电子元器件的固有可靠性。对元器件自身设计及材料选择上，要充分考虑所应用的航天型号产品的特性，例如:耐高温、耐压等；落实原材料定点和质量保证；在工艺方法的选择上应考虑，当时间和内外环境条件发生变化时，失效机理与选择的工艺方法产生的变化；选择高可靠生产线(包括环境的洁净度等)，生产线上工作人员应受过专门培训和考核。

3.3推行可靠性设计和降额设计

制定并推广一系列设计规范，开展可靠性设计。对元器件使用应力进行控制。使元器件在使用中承受的应力低于其额定值，以达到延缓其参数退化，提高使用可靠性的目的。在各单元电路的电性能及可靠性指标、元器件型号规格都已基本确定的情况下，对元器件控制的重点，应放到对每个元器件承受的应力，是否满足可靠性预计的降额要求。设计决定产品的固有质量，质量控制的重点是设计质量，设计质量控制的重点是可靠性，在可靠性设计中，元器件的降额设计是保证可靠性的重要环节。根据国内外大量资料统计，大约有50%以上元器件的失效是由超应力造成的。降额设计就是通过线路设计使整机在各种环境条件下，使元器件有一定的安全余量。

4结束语

我国航天事业进入了一个新阶段，航天技术的快速发展，对航天型号产品使用的元器件的可靠性提出更高的要求，元器件的可靠性直接影响着航天型号产品的质量及寿命，因此研究提高航天电子元器件质量与可靠性的技术途径和方法刻不容缓。将元器件质量与可靠性作为一个专业与总体、分系统和工艺同步进行，才能在保证我国航天型号产品的高质量与高可靠性。

参考文献：

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