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1、 第 6期 苏妤等 ：覆盖全过程的宇航元器件认定技术流程研究 用时元器件 的适用性评估甚少。本文所探讨的宇航 元器件认定技术流程覆盖元器件需求的确认 元器 件研 制、质量保证 和宇航 型号应用等四大要素 ，建 立一套服务于型号全周期 、全方位的宇航元器件认 定技术流程 为元器件在宇航工程的应用提供翔实 的数据支撑和参考依据 1 宇航元器件认 定要素 的确 定 空间级元器件 产品包 括 6个要素 ：设计 、设 备 、材料 、工艺 、检验 鉴定 、管理 。同时具有 6 个特性 ：空 间可用性 、设计成熟性 、批次稳定性 、 个体一 致性 、全程追溯 性和 内涵透 明性 1 。对宇 航用元器件的评价
2、需覆盖其特性要求 空 间可用性要求 元器件 性能指标满 足宇航环 境 、电、力和热学要求。如耐辐照 、耐结露 、低真 空逸气等。元器件空间可用性 可通过规范的制定 ， 以及元器件级试验和按型号要求进行的电、力 、热 学适应性试验的实施来进行评估 。 M 3 器件进行结构分析、极限评估等试验获取翔实的产 品评估数据 分析 电子元 器件可靠性 中心以往失效分析案 例 除固有问题引起的失效外 选用和使用不当引 起的失效 占据了总失效案例的相当比例 对此需给 予高度的重视 应用指南作为指导型号设计师选用 和使用的有效手段之一需大力推广 综上 通过系统地梳理我 国宇航元器件涉及的 相关质量保证措施 以及
3、借鉴欧宇航和 N A S A的宇 航元器件保证要求 。如 P I D、元器件评估和验证技 术 形成 了适用于我 国覆盖需求一研制一应用全过 程要素的宇航元器件认定技术流程 产品认定工作包括 9个方面 ：详 细规范确认 、 鉴定检验审查 、建立 P I D文件 、元 器件评 估 、认 定检验 、应用验证 、编写应用指南 和制定采购规 范 、编写认定总结报告等 。详 细的技术流程如 图 1 所示 图 1认 定技 术 流程 图 批次稳定性和个体一致性要求元器件在生产的 全过程 中。设计 、工艺等指导操作性文件细到不能 再细 固化生产过程 中的各个环节 。稳定性 和一致 性可通过建立全过程控制文件来保
4、证 内涵透明性要求通过各种试验以及分析掌握 元器件工艺结构等特性 。明确电 、力 、热和环境性 能等指标 ，包括极限裕度。内涵透明性可通过对元 D|A NZ l CH AN P I N K E K A ox tNG Yu H U A “lNG SH I Y A N 2 宇航元器 件认定 项 目分析 2 1 确 认详 细 规范 元器件详细规范明确 了元器件结构尺寸和性能 指标 以及试验项 目、试验条件和试验判据等 。是 元器件生产 、试验的依据 ，对详细规范的审查 ，目 的是确认详细规 范是否满足 国军标 和宇航应用要 电子产品可靠性与环境试 验 2 0 1 3正 求。同时对元器件使用方需求进行
5、确认。若委托 进行认定 的元器件是纵向立项研制项 目那么详细 规 范 的审查 就可 明确 元器 件研 制指 标是 否满 足协 议 书 的要 求 2 2 鉴定 检验 审查 元 器件 在宇 航应 用前 至少应 满 足 国军标 的要 求 通过对元器件国军标鉴定检验的审查 掌握元 器 件 在 国军 标基 础上 进行 的电 、力 、热学 性能 测试 是否合格 是否满足军用等级使用要求 为宇航用 元 器件 认定 提供 数据 支撑 2 3 P I D文件 建设 P I D ( P r o c e s s I d e n t i fi c a t i o n D o c u m e n t ) 的 目的 是为
6、生产厂鉴定合格 的元器件 建立一个准确 的基 准保证将来 由生产厂提供的元器件等同于原来授 予鉴定批准的产品这个基准包括元器件生产厂流 程 、生产流程中各工序的依据性规范、所有的检验 要求 、元器件结构的详细说明 、试验程序和方法 、 关键 原材料控制方 法 以及生产厂组织结构 等方 面 评估试验后才能进行鉴定批元器件的生产 通 过 评 估试 验 固化元 器 件 P I D这 在 欧 宇 航 E S C C基 础 规 范 N o 2 2 7 0 0中已有 明确 的要 求 在 2 0 0 6年 我 国航天机构 已开始 P I D建设 ， 并 总结 出 P I D的关 键点是“ 全 过程用 文件确
7、认 细节充满全过程 细节细到不可再分解 定量定到 全部细节” l 2 】 通 过建立 P I D文件 同化元器件 生产 状态 保 证元 器件 在 宇航 型号 使用 中产 品状 态 的一 致性 。P I D应 至少 包括 以下 内容 ： 1 )生产 流程 ： 2 )生产流程 中各工序的依据性规范 ： 3 )所有的检验要求 ： 4 )器件结构的详细说明。应附图 ( 适用时) ； 5 )试验程序和方法 ： 6 )关键 原 材料 控制 方法 ： 7 )承制方组织结构 2 4 元器 件评 估 元器件评估 的目的是通过一系列试验 以最具有 说服力的试验数据 掌握元器件 的结构设计缺 陷、 潜 在 的薄 弱
8、环 节 ，明确 失效 模式 和 失效 机理 等 。 结 合我 国元器 件 的实 际情况 元器 件评 估 至少 应 包括 3个 方 面 ：产 品功 能性 能评 估 、结构 分析 和 极限评估 根据元器件 自身特点以及航天工程型号 的特殊要求 评估项 目可视情况增减 a )产 品功能性 能 分析 产 品功能性 能 分析 包括结 构 尺寸测 量 和全 工作 温度 范 围 全参 数 测 试 通 过 全 温 度 范 围 电参 数 测 试 记 录试 验 数据并 绘 制元 器件 电性 能随 温度 变 化 等多种特性 曲线 掌握各种性能参数变化趋势 为 元器件应用提供数据参考 目前 在元器件国产化 自主可控的
9、大方针指引 下 ，仿制进 口的国产化元器件研制已全面、深入地 开展 国产化元器件以替代进 口产品为 目标 ，这就 要求 国产 化元 器件 在结 构 尺寸 和功 能性 能方 面与 进 口产 品 一 致 因此 在 对 国产 化 元 器 件 进 行 认 定 时 可将 同产化元器件和进 口同型号元器件进行产 品功能性 能对 比分析 找 出 国产 化 元器 件 与进 口元 器件 在结 构 尺寸 和功 能性 能方 面 的差异 为 国产化 元器件替代进 口元器件提供应用指导 b 结构 分析 结构分析是对元器件的设计 、结构 、T艺和材 料的可靠性进行评价 挖掘潜在的可靠性隐患 分 析潜 在 的失 效模 式
10、和机理 元 器件 的同有 可靠 性是 由元器 件 的结构 设计 和 生产控 制所 决定 的 如果结 构设计不合理 就会导致元器件 的固有可靠性不 高 ：由此带来的问题如果发生在使用阶段 ，会给型 号 任 务造成 影 响 严 重 时甚 至会 造成 经济 或进 度 上 的重大损失 在结构分析时 对元器件结构的评价 和判别 主要包 含以下 内容 ：评 价结构设计 的合 理 性 检查T艺设计和质量 结合以往失效案例进行 潜在失效隐患分析 确定是否采用 仅限用T艺和 材料 通过分析 给出结构分析总体结论 ，可分为 3种 ：适合宇航应用( 可用 ) ，特定范 围可用( 限 用) ，不适合宇航应用( 禁用)
11、 ；针对分析时发现的 问题 向研制 方提 出改 进 、完 善 的建议 。通 过 结构 分析 对 元器 件 内部结 构设 计 以及 工艺 有 了充 分 了 解 对 生产 厂产 品控 制状 态信 息有 所掌 握 ，明确元 器件结构的宇航符合性 为元器件在宇航工程的应 用提供数据支撑 l 3 C )极限评估 评估 的主要 目的是探 测和 获得元 器件 在热 、 力 、电等应力作用下可承受的应力极限值 ，并评价 极 限 的合理 性 极 限评估 是 针对元 器 件应 用 中所关 注的相关功能性能和可靠性与规范之间要求的裕度 和余量 ，以及在设计 、材料或 工艺方面 的潜 在缺 陷采取高加速应力和持续应力
12、的方法获得极限能 Dl ANZ|cHANP| N KE KAox| NG YU HUANJ | NG SHI YAN 第 6期 苏妤等 ：覆盖全过程的宇航元器件认定技术流程研 究 力 ，评估元器件在热 、力 、电等应力作用下可承受 的应力极限值和失效模式 综合评价元器件极限能 力 的全过 程 l 4 J 。在认定 中 ，极 限试 验通 常包括 ： 温度应力极限 、力学应力极限和电应力极限极限 试验项 目因元器件类型而异 通过极限评估可 了解 元器件承受应力等的范围和界限掌握认定 的元器 件实际能力与其厂家详细规范所标注的能力之间的 裕度 为型号设计师使用时提供应用指导 同时根 据 摸底过程 中
13、元器件暴 露的薄弱环节 可在后续 C A S T采购规范编制时 重点增加有针对性 的试验 项 目和试验样 品的数量 通过提高试验的条件筛选 门槛来保证高可靠宇航元器件的选用 通 过 产 品 功 能 性 能 分 析 、结 构 分 析 和 极 限评 估 对元器件从结构设计的合理性 、功能性能测试 的全面性 以及元器件在热 、力 、电学等极 限应力 条件下的裕度和余量进行了全面评估 获得了翔实 的试验数据 。为宇航应 用提供 了充分 的可用性依 据 为型号元器件的选用提供应用指导 2 5 认 定检 验 认定检验包括 国军标鉴定检验和宇航特殊要求 的考核试验 若元器件 已通过第三方鉴定检验 的考 核
14、且 国军标鉴定检验 的要求完全满足宇航应用 ， 则认定检验可不再重复进行 ：若元器件虽 已通过第 三方质量保证机构考核 但鉴定检验的要求不能完 全满足宇 航要求 则认定检验在鉴 定检验 的基础 上 需补充宇航特殊要求的考核 以 T O 一 5型继电 器 为例 G J B 6 5 B中鉴 定 检验 未 包 含宇 航应 用 时需 关注的真空冷热浸试验高真空冷焊试验 因此认定 检验时需按照宇航应用要求补充相关试验 充分考 察元器件在宇航应用时的符合性 2 6 应 用 验证 宇航元器件应用验证是指对元器件在宇航工程 应用前开展 的一 系列的试验 、分析 、评估和综合评 价等活动。由于元器件级的一系列试
15、验 、分析和评 估工作 已经完成 此处所指的应用验证 仅是根据 卫 星 型 号使 用 时 的 条件 进 行 的 元 器 件适 应 性 评 价 。 以力学环境适应性评价为例 由于元器件在宇航应 用中的试验条件 、安装边界条件 、测试使用状态等 都与元器件 自身按标准开展的鉴定和筛选试验有很 大的差别 并且元器件在宇航产品应用中动力响应 放大 其实际动力响应值有可能在局部频段超 出元 器件的最大试验量级 导致元器件在宇航型号产品 D| ANz| CHANP I N K EI AOXI NG YU HUANJ | NG SHI Y AN 应用 中出现许多元器件应力学环境适应性 问题造成 的失效 和故
16、 障 5 且元 器件设 计定型后 对 在宇 航工程中应用的力学环境适应能力评价不充分 缺 乏相关的支撑数据 所 以非常有必要从实际应用系 统角度 出发 对元器件进行力学环境适应性评价 全面掌握元器件的电性能和机械性能对力学环境的 承受能力 提 高元 器件在宇航系统 中的应用 可靠 性 。 不 同的元 器 件需 进行 的验证 项 目也 不 同 以 C 4 0 6 7 R型 1 6选 1 模拟 电路 开关为例 根据其性能 特点 在型号应用时应关注电 、力和热环境下 的适 应性 。对其进行板级功能性能测试 、拉偏能力测试 和工作稳定性考核 以及板级力学和热学测试 。 通过应用验证 为编制指导设计师选用和应用 的应用指南提供数据和资料 ：通过分析验证时出现 的问题 进行深入的举一反三
