浅析军用电子元器件可靠性强化试验的可行性

ｎｖｉｒｏｎｍｅｎ　ｔａ　娜ｔａ　ｎｔ）ｒ／／环境适应性和可靠性　浅析军用电子元器件可靠性强化试验的可行性　朱朝轩　，罗俊　，林震　，吴兆希　（１．中国电子科技集团第二十四研究所，重庆４００６０；　２．中国电子科技集团第二十六研究所，重庆４００６０）　摘要：基于可靠性强化试验（ＲＥＴ）及其关键技术，对军用电子元器件ＲＥＴ可行性进行了分析。根据ＲＥＴ技术及其特点，　分析了军用电子元器件ＲＥＴ的试验应力、试验剖面、测试夹具等关键技术，以阐述军用元器件ＲＥＴ的可行性，并且提　出了对军用元器件进行ＲＥＴ的实施方案以及基本实施流程。　关键词：可靠性强化试验；试验剖面；军用电子元器件　中图分类号：ＴＮ４０６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—７２０４（２０１８）０２—００４２—０４　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　Ｔｅｓｔ　ｆｏｒ　Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ＺＨＵ　Ｃｈａｏ—ｘｕａｎ　，ＬＵＯ　Ｊｕｎ　，ＬＩＮ　Ｚｈｅｎ。，ＷＵ　Ｚｈａｏ—ｘｉ　（１｜Ｔｈｅ　２４ｔｈ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＣＥＴＣ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４００６０；　２．Ｔｈｅ　２６ｔｈ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＣＥＴＣ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４００６０）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　ｔｅｓｔ（ＲＥＴ）ｆｏｒ　ｍｉ１ｉｔａｒｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＲＥＴ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．　Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ＲＥＴ，　ｓｅｖｅｒａｌ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｏｆ　ＲＥＴ　ｆｏｒ　ｍｉ１ｉｔａｒｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｅｓｔ　ｓｔｒａｉｎｓ，ｐｒｏｆｉ１ｅｓ，ｆｉｘｔｕｒｅｓ　ｅｔｃ．ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｂａｓｉｃ　ｆｌｏｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＲＥＴ　ｆｏｒ　ｍｉ１ｉｔａｒｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＲＥＴ：ｐｒｏｆｉｌｅｓ；ｍｉ１ｉｔａｒｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　引言　军用电子元器件的可靠性是各类军用装备可靠性的　基础和核心，是军用装备质量的决定性指标。近些年，　随着国家的大量投入，使得我国军用电子元器件的可靠　性有了很大的提高，可靠性试验的相关标准也在向国际　产品仍可能留有缺陷，在实际使用中随时可能被激发出　来。而行业领先的国家或地区已经普及了更为有效的可　靠性强化试验技术，该技术手段不存在传统可靠性试验　的问题和风险，进行了可靠性强化试验的产品，往往具　有很高的可靠性。正因为可靠性强化试验的巨大优势，　先进标准看齐。但尽管如此，有不少通过可靠性试验的　国内也正逐步开展相关的技术研究。因此，本文将结合　可靠性强化试验及其关键技术，浅谈该试验技术应用于　合格军用电子元器件，仍存在可靠性低的问题，无法满　足某些高质量与高可靠性军用装备的配套要求，致使其　无法完全实现国产化…。　军用电子元器件的可行性，以及军用电子元器件的可靠　性强化试验实施方法。　原因主要还是可靠性试验手段的不同，传统可靠性　试验是我国主流的试验技术手段，这种方法的不足之处　在于没有对产品设计和工艺缺陷进行专门处理，只分别　１可靠性强化试验　可靠性强化试验（ＲＥＴ）是一种基于失效物理、通　过施加强化环境应力来快速激发失效，并充分暴露产　通过鉴定试验与验收试验决定是否满足规范要求，使得　２０１８年４月／Ａｐｒｉｌ　２０１８　４２　环境适应性和可靠性／　ｎｖｉｒｏｎｍｅｎ　ｔａ１Ａｄａ　ｍｙ　品薄弱环节的高加速试验技术Ｉ　。与传统可靠性试验不　同，ＲＥＴ核心在于不模拟真实使用环境，而是施加远超　于设计规范应力极限的应力载荷，快速激发出试件的潜　在缺陷，并通过消除薄弱环节，不断扩大如图１中所示的　作应力极限范同（增加１２作裕度）。根据“应力一强　度”干涉理论可知，有较大Ｔ作裕度的产品不仅能避免　因使用应力增大而导致的过应力失效，还可以延长产品　退化导致强度下降而发生耗损型失效的时间，即延长了　产品的寿命　。可靠性强化试验正是通过扩大相应应力　４）可靠强化试验是在超出规范极限以外进行并且要　快速（加速）进行，试验应力远大于传统可靠性试验的　应力。　２可行性分析　鉴于ＲＥＴ的突出优势，国内目前已开始了相关的研　究，成功的试验案例也有报道，但试验对象多为试验条　件相对宽松的小整机或组件，对元器件尤其是军用电子　元器件的可靠性强化试验还未见报道。原因主要是：军　极限范同来健壮产品设计，具有缺陷激发彻底、高效等　特点Ｉ　。　用电子元器件的规范应力极限很大，很多试验设备无法　提供远大于规范应力极限的强化试验应力；现行标准普　ＲＥＴ遵循两个理论：故障模式相同理论与Ｍｉｎｅｒ￣［１　速原理，即产品强度随时间退化后在较低应力下出现的　故障模式与产品强度未退化在较高应力下出现的故障模　式相同，通过提高应力量级完全可以快速暴露在现场使　用中要很长时间才能暴露的故障；而且由于产品有缺陷　的部位存在应力集中现象，会使得有缺陷产品的寿命降　低几个数量级，因Ｉ￣ＬＲＥＴ在快速暴露产品缺陷的同时，　对无缺陷的产品损伤较小。作为一种高加速应力试验，　ＲＥＴ具有如下的技术特点　：　１）ＲＥＴ施加的环境应力和工作应力是变化的，而且　是递增的；　适性太强，没有专　针对军用电子元器件可靠性强化试　验的相关军标，缺乏具体的试验指导方法；针对军用电　子元器件的可靠性强化试验剖而制定、测试夹具开发、　在线测试等难度较大，很大程度上制约了军用电子元器　件强化试验的开展。而开展军用电子冗器件的可靠性强　化试验需要解决几个关键技术，分别为：选择试验应　力、建立试验剖面、敏感参数的在线测试、高性能测试　夹具开发。　１）选择试验应力Ｉ　ｌ　成功实施可靠性强化试验的前提便是选择合适的试　验应力，从强化试验的可实施性以及现有的失效统计数　据考虑，试验应力应在高低温、快速温度循环、湿热、　振动、电等单应力以及高温工作、低温：亡作、稳态湿　热、交变湿热、随机振动等耦合应力中选取，选取条件　为：导致军用电子元器件失效概率较高、风险等级较大　２）旨在查明和排除设计中的薄弱环节，健壮产品设　计，提高产品可靠性；　３）可靠性强化试验只需在能够代表设计、　１：艺制　造、材料的样件卜进行；　一－　Ｔ‘鼽：妞　Ｅ日　１障１　１　Ｆ１　ｐＲ　Ｌ土ｌ到　．一　破坏裕发　，ｒ　、　破坏＝｝ｉ＿｝度　工　作裕度　、　设计　技术规范应　力范嘲　裕度　廊力　工作裕　瞍　设计　裕度　破坏极　作极　限Ｆ限限Ｆ限　设汁极限卜限规范极　限Ｆ限　规范极　设汁极　限匕限　限上限　工作极　破坏极　限上限　限　限　图ｌ元器件各应力极限关系示意图　４３环境技术／Ｅｎｖｉｒ（）ｎｍｅｎｔａ１　ｌ＇ｅｃｈｎ０１　０ｇｙ　ｎｖｉｒｏｎｍｅｎ　ｔａ　Ｍａ　ｍｔ）ｒ且现有试验设备可满足试验条件的应力及应力组合，即　军用电子元器件较为敏感的应力及应力组合。　２）建立试验剖面『７］　强化试验是基于失效物理模型中的界限模型，良好　的试验剖面能够使军用电子元器件在试验过程中激发可　逆和不可逆的缺陷，从而探测各类应力极限和薄弱环　节，为薄弱环节的加固提供先决条件。建立试验剖面最　重要的是设计合适的剖面参数，如高低温步进试验剖面　中的步长、保温时间，振动步进试验剖面中的振动步　长、振动时间，快速温度循环试验剖面中的高低温界限　值、温变率、保温时间、循环数，由于不同类型的军用　电子元器件对应力的敏感程度以及耐受能力不同，使得　试验剖面及其参数各异。所以，针对不同的对象建立合　适的试验剖面，是成功实施强化试验的关键。　３）敏感参数在线测试　试件在应力环境中，某些结构、功能等参数指标会　出现较大偏差，这类参数即为试件对所施加应力的敏感　参数。可靠性强化试验的效果不仅取决于所选的试验应　力种类及敏感程度，试验剖面及其参数等，还取决于发　现受试产品出现失效的能力以及功能与性能监测的实时　性。因此，在进行军用电子元器件的可靠性强化试验过　程中，需要对器件的敏感参数进行实时监测，防止漏掉　软故障，主要措施是对器件进行在线监测。　４）高性能测试夹具开发　不同于整机或组件的可靠性强化试验，元器件的可　靠性强化试验必须开发测试夹具以辅助完成敏感参数在　线测试。从敏感参数的可测性以及信号不失真的角度考　虑，测试夹具不可避免的要直接暴露于可靠性强化试验　应力环境中，这对测试夹具的性能提出了很高的要求，　特别是军用电子元器件的可靠性强化试验，测试夹具必　须能承受更高的试验应力极限，且保证在极限应力条件　下仍能准确监测试件的敏感参数，同时避免夹具自身性　能问题导致对试件的失效误判。为了弥补现有技术的不　足，在试验中通常对测试夹具采用局部加热或降温等措　施，以最大限度的实现应力隔离。　／／环境适应性和可靠性　３可靠性强化试验实施方法　基于对军用电子元器件可靠性强化试验的可行性及　其关键技术分析，本文提出如图２所示的军用电子元器件　可靠性强化试验的实施流程。　首先，结合同族或结构、功能相近的军用电子元器　件设计与功能信息、失效信息以及相关文献等，对试验　器件进行失效机理与模式分析，得到其典型失效机理、　模式及其失效影响；其次，基于典型失效机理与模式，　进行试验应力分析，根据失效影响，分析应力敏感程　度，进而确定敏感试验应力及组合；然后，可通过摸底　试验和失效物理仿真分析等手段，对敏感应力试验剖面　进行设计和优化，根据器件敏感参数制定其在线测试方　法并开发测试夹具，进而建立起可靠性强化试验方案；　最后，按照既定方案进行试验并完成失效确认、薄弱环　节分析，并最终根据是否需要改进而进行改进及再次试　验，或者记录并结束。　此外，虽然ＲＥＴ只适用于产品研发阶段，但通过ＲＥＴ　获得的试验数据如高低温工作极限、振动极限等数据，　将直接指导试件在量产时的ＨＡＳＳ试验。因此，为了保证　ＨＡＳＳ试验的有效性与安全性，在完成军用电子元器件的　图２军用电子元器件ＲＥＴ基本流程　（下转５４页）　２０１８年４月／Ａｐｒｉｌ　２０１８　ｚｌ４　Ｅ　ｎｖｉｒｏｎｍｅｎ＆Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｖ　．ｔａ／　／环境适应性和可靠性　式要求，对于检测设备综合管理起到至关重要的作用，　（上接４４页）　为企业提供高质量、高效率的科研生产服务。　参考文献　…张韬．计量管理信息系统的研究【Ｊ］．企业技术开发　２０１２，３２（１０）：８１—　８２．　［２］刘剐　吴微．计量管理软件研发中的需求设计【Ｊ】．电脑知识与技术　２０１　Ｉ，７（２９）：７０７１—７０７３．　【３】孙虞禄，万曼，马庆贤．在计量管理中实现全文检索【Ｊ】．计测技术，　２０１０，２７（６】：４３—４７．　【４】欧阳光．计量管理系统开发应用【Ｊ］．现代测量与实验室管理，　２００５（６１：４２—４５．　【５】李兵基于网络的航天研究院所两级计量管理系统的创建及实施【Ｊ】　宇航计测技术，２０１　２　３２（５）：７２—７５．　【６】顾苗，刘晓雷　李娜，等．ＬａｂＶｉｅｗ平台下电源测控系统的实现【ｊ］．　装备环境工程，２０１　２，９（３）：２３·２６，８９．　【７】秦凡，韦高．基于ＶＩＳＡ库及ＳＣＰＩ命令的仪器程控测量［Ｊ］．现代电　子技术，２０１　１　３４（１．１：１　１８·１２０＋１２３　【８】王怡苹　许爱强，汪定国．自动测试系统中测试数据管理［Ｊ］．电子测　量技术，２０１０．３３（３）：Ｉ３７一Ｉ４０．　【９杨平，李渊，杨瑞雅，等．计量管理信息平台的设计与展望【９］Ｊ】．宇航　计测技术，２０１０，３０（６）：６７—７０．　ｆ１０】杨悦辉计量自动化系统在计量管理工作中的应用【Ｊ】计量与测试　技术，２０１３，４ｏ（４）：３６—３７　［１０】董蕾，高群．计量网络系统在计量管理中的应用【Ｊ】．计量与测试技　术，２００６　３３（１　１】：３２—３３．　作者简介　钟淼，男，本科，助理工程师，主要研究方向为计量管理、仪器与　测试技术等。　周源，男，本科，助理工程师，主要研究方向为计量管理、仪器与　测试技术等。　左志旭，男，本科，助理工程师，主要研究方向为计量管理、仪器　与测试技术等。　江思杰。男，工学硕士，工程师，主要研究方向为仪器与测试技术、　数据算法处理、机械自动化控制、低频通信技术、计量科研等。　徐海明，男，工学硕士，工程师，主要研究方向为仪器与测试技术、　仪器校准技术等。　唐海波，男，本科，工程师，主要研究方向为仪器与测试技术、仪　器校准技术等。　ＲＥＴ时必须做好试验数据的记录。　４结束语　本文根据ＲＥＴ及其功能、特点，从试验应力的选　择、试验剖面的建立、敏感参数的在线测试以及高性能　测试夹具的开发等关键技术分析出发，浅析军用电子元　器件ＲＥＴ的可行性，并提出了军用电子元器件ＲＥＴ的实　施方法及基本流程。　参考文献　…樊建祖．当前电子产品可靠性试验存在问题探讨［Ｊ】．电子产品可靠性　与环境试验：专家论坛　２００６，２４（４）：１—３．　［２】李劲　时钟．可靠性强化试验在高可靠性产品中的应用［Ｊ］．电子产品　可靠性与环境试验：可靠性工程管理，２０１１，２９（５）：１０—１４．　ｆ３Ｊ刘炜，张晓敏可靠性强化试验在航空电子产品中的应用与研究【Ｊ】　电子测量技术　２０ｌ３（５）：５１—５４．　ｆ４】何荣华，张亚等军用电子元器件的可靠性强化试验方案研究［Ｊ］．科　学技术与工程　２００９，９（１８）：５４６０－５４６４　［５】刘柳，周林，邵将．电子产品故障物理模型研究与应用进展ｆＪ】．装备　环境工程，２０１５，（２）：５４—５８．　【６王宏，陈晓．可靠性强化试验及其在雷达研制生产中的应用【６】Ｊ］．现代　雷达　２００８，３０｛４）：２７－２８　３２　［７／ＧＢ／Ｚ　３　７４７７－２０１５，航空屯子过程管理航空电子产品高加速试验定义　和应用指南【Ｓ．ｓ］　【８１　ＧＢ／Ｔ　２９３０９、２０１　２　电工电子产品加速应力试验规程高加速寿命试验　导则【Ｓ．ｓ】　作者简介　朱朝轩（１９９０一），男，四川金阳人，助理工程师，硕士，从事力学　环境试验、可靠性技术工作。　２０１８年４月／Ａｐｒｉｌ　２０１８　５４