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低成本商业卫星用元器件补充筛选技术条件探讨

更新时间:2016-07-05

0 引言

经过多年的发展,我国在航天事业方面取得了显著的成果,并正在向航天大国、航天强国的方向迈进。航天型号任务多次取得圆满成功,载人航天和国际空间站建设等方面成效显著 [1]。究其成功最显著的原因主要有两个方面:一是元器件的补充筛选,二是板级环境应力考核试验。目前,微小卫星的研制是国内国际航天事业发展的主流,其因具有微型化、小型化和功能多样化等特点而备受青睐。在微小卫星的发展过程中,商业民用卫星是发展的一个主要方向,其典型的特征为功能先进、小型化、寿命短和成本低。

多年来,航天型号任务的成功发射和各航天器在轨运行经历,都已经证实了元器件可靠性质量保证技术的重要性 [2]。因而,低成本商业卫星元器件的补充筛选问题,成为了业内关注的重点。在元器件选用方面,主要选用质量等级较低的产品,多数为国外工业级元器件,其固有可靠性与宇航级元器件有很大的差别,并且其在太空辐射环境中的抗辐射能力较差[3]。在筛选经费方面,若按照通常的航天型号元器件的筛选模式进行筛选,则筛选费用会较高,由于商业卫星难以承受高昂的筛选费用,因而在很大程度上限制了其发展。低成本、高可靠商业卫星技术需求与高昂的元器件筛选费用,成为了商业卫星发展的矛盾方面。为了保证商业卫星能够发射成功以及在轨运行时能够达到预定的寿命甚至超年限服役,元器件需不需要二筛、如何去二筛或元器件二筛的意义究竟有多大等成为了业内重点关注的问题。因此,需要对元器件补充筛选问题进行较为详细的研究。

新形势下,低成本商业卫星元器件的二筛如何进行,如何才能既保证元器件的可靠性又最大限度地减少成本,成为了目前航天商业模式亟需解决的问题。基于上述实际的需求,本文结合国内外元器件的生产工艺、各航天型号承研单位元器件补充筛选技术条件,提出了能够适应商业卫星元器件补充筛选的新模式,旨在为同行业的技术人员提供一定的技术参考。

1 元件类补充筛选

航天型号用到的元件数量较大,涉及电阻器、电容器、电感器、电连接器和继电器等。其中,应用得最多的是电阻器和电容器,相应的补充筛选试验费用较高,在元件总筛选费用中占到至少80%~90%的比例。若要减少试验成本,则需要对目前的筛选条件进行研究。

关键元件为继电器,航天型号中继电器是具有隔离功能的自动开关元件,起着电路通断、传递信号和信号综合等方面的作用。在型号元器件可靠性均较高、元器件电装工艺质量能够得到控制的前提下,若控制该电路的继电器元件存在问题,则可能导致该电路板或单机失效,影响型号工程的可靠性。

通过对多颗卫星的电阻、电容类的二筛数据的统计分析发现,电阻、电容器中不合格的数量较少,占总筛选比例较小,基本可以忽略。型号对电阻器、电容器基本选用国产元件,由于目前国内元件的生产工艺得到了大幅度的提高,因而其生产出的产品的一致性较好,可靠性也较高,二筛几乎没有失效问题发生。

9) SIS,ITCC操作与事件记录分析。报警管理软件的AEDM-SOE加功能模块从控制系统自动获取和保存SOE和工艺参数相关数据,并具备查询、历史、趋势、自动报表等功能,自动将报警记录与相关工艺参数关联,并可查看与报警相关的工艺参数趋势,方便分析报警事故原因。在不需要更换任何硬件的基础上,SOE和工艺参数数据将保存5 a以上,这些数据能够以Excel表格或文本文件导出。

1.1 电阻、电容类筛选

2.2.2 分立器件二次筛选新方法探究

1.2.3 继电器补充筛选建议

参与统计的电容器多为型号使用量最多的片式瓷介电容器,其次是钽电解电容器。参与统计的电容器共计1 462批次,总数量为661 674只,总失效数量为230只。其中,钽电解电容器共计490批次,总数量为120 632只,总失效数量为230只;片式瓷介电容器共计945批次,总数量为513 458只,失效数量为0只;云母电容器共计19批次,总数量为476只,失效数量为0只;其他电容器共计27批次,总数量为26 608只,失效数量为0只。

1.1.2 电阻器补充筛选试验数据统计分析

本文以多颗卫星用不同类型的电阻器的二筛试验数据为研究对象,进行二筛失效电阻器的统计和分析,探究低成本、高可靠商业卫星发展下电阻器需不需要筛选以及如何筛选的问题。国产电阻器二筛统计数据如表2所示。

表1 国产电容器二筛统计数据

大分类 型号 名称 批次数 总数量 失效数量钽电解电容器CAK45 钽电解电容器 462 118 966 225 CAK35 钽电解电容器 10 383 5 CTS41 固态钽电解电容器 17 1 240 0 CAK39 钽电解电容器 1 43 0 CT41 片式瓷介电容器 2 2 591 0 CTK41L 片式瓷介电容器 50 3 421 0 C41L 片式瓷介电容器 26 1 997 0 CT41L 片式瓷介电容器 489 423 431 0 CC41L 片式瓷介电容器 346 79 758 0 CT52 穿心瓷介电容器 13 2 260 0云母电容器 CY22 云母电容器 19 476 0其他电容器 27 26 608 0片式瓷介电容器

表2 国产电阻器二筛统计数据

大分类 型号 名称 批次数 总数量 失效数量RMK系列 片式膜电阻器 607 334 399 0 RJK54 片式膜电阻器 11 341 0 RXG 线绕电阻 26 2 101 0 RX81 贴片电阻 3 150 0热敏电阻 MF501 热敏电阻 27 915 23 MF580 热敏电阻 13 440 5电阻器

参与统计的电阻器多为型号使用量最多的RMK系列片式膜电阻器,其次是线绕电阻器。参与统计的电阻器共计687批次,总数量为338 346只,总失效数量为230只。其中,RMK系列片式膜电阻器共计607批次,总数量为334 399只,总失效数量为0只;其余贴片电阻、线绕电阻和贴片电阻未发生失效问题。电阻二筛过程中,发生失效的主要为热敏电阻,共计38批次,总数量为1 355只,失效数量为28只。

1.1.3 电阻、电容器补充筛选建议

她感觉到那么茫然和无助,她想要有钱,可以给顾青弟弟治病,可以让顾青不用熬夜兼职,可以换一个带厨房带空调的房子,但她也才大学毕业,手拿一两千的工资,在这个城市营营求生。

射频识别技术又被称之为电子标签以及无线射频设备,其本质是一种电子通讯技术,同时也是物联网技术的核心环节。其可通过无线电讯号对特定目标实现读写识别。

为此,基于分立器件筛选失效数较少的统计分析现状,结合商业卫星实际使用寿命设计要求,分析国内生产厂家的技术现状,同时结合各个不同航天院所分立器件的二筛试验条件,特提出如下建议。

因此,该类元件的筛选,可以尝试采用委托生产厂家进行筛选或一次筛选加严筛选或二筛试验项目中裁剪非必要试验项目,保留必要试验项目的方式进行。其中,一次筛选加严措施为:在元器件一次筛选中加入元件可靠性影响最大的试验环节,如高温贮存、温度循环和电老炼。其中,环境应力施加最为有效的是电老炼 [4]。虽然元件生产工艺成熟稳定,厂家生产的元件能够保证其质量,但是各个质保单位可靠性研究中心仍需制定生产厂家动态考核机制,对生产工艺变更和不符合航天型号可靠性要求的厂家应有明确的处理措施,以保证航天型号元件的可靠性。

对于二筛出现的电解电容器 [5]和热敏电阻失效问题,究其原因多与制备工艺的复杂性和产品性能相关,相关的失效原因和失效机理分析本文不展开论述。该类元件的筛选,可以延用型号工程原有的筛选模式进行筛选,以保证型号用元件的可靠性。

1.2 继电器筛选

1.2.1 继电器补充筛选试验数据统计分析

本文以多颗卫星用不同类型的继电器的二筛试验数据为研究对象,进行二筛失效继电器的统计和分析,探究低成本、高可靠商业卫星发展下继电器需不需要筛选以及如何筛选的问题。国产继电器二筛统计数据如表3所示。

文学文本是具有高度排序性的文本,在符号学理论中,我们把文本话语中负责意义产生的状态与转换的接叙现象称为叙述性,把对于状态和转换的陈述标记工作和严格地再现这种这些状态和转换在接叙方式下所显现的差异和区别的工作称为叙述分析。由此可见,诗歌虽不同与其他叙述性的文学类型,但也具备此种定义上的叙述性。符号学理论使用叙述程式对文本进行叙述分析,首先应确立状态陈述的主体与状态陈述的价值对象,然后找出状态主体与价值对象之间“得到”或“失去”、“非得到”的关系,即“合取”或“析取”的关系。在《乡愁》一诗的四节中,“我”始终作为状态陈述的主体,与作为价值对象的“母亲”、“新娘”以及“大陆”处于析取状态,表示为:

参与统计的继电器共计52批次,总数量为3 723只,总失效数量为37只。其中,JRW-270M型磁保持继电器共计3个批次,总数量为143只,总失效数量为22只,失效模式为中位失效;KJMC-069M型电磁继电器共计11个批次,总数量为429只,总失效数量为5只,失效模式为存在多余物;固体继电器为多型号,共计26批次,总数量为2 101只,失效数量为10只,失效模式为存在多余物;舌簧继电器共计12批次,总数量为1 050只,失效数量为0只。

表3 国产继电器二筛统计数据

大分类 型号 名称 批次数 总数量 失效数量继电器JRW-270M 磁保持继电器 3 143 22 KJMC-069M 电磁继电器 11 429 5多型号 固体继电器 26 2 101 10多型号 舌簧继电器 12 1 050 0

1.2.2 磁保持继电器的失效机理分析

磁保持继电器是一种双稳态继电器,由于设计和工艺因素,部分产品会出现衔铁不与任何一个磁极接触的稳定状态,被称之为中位状态。磁保持继电器的中位筛选失效可能是由于生产工艺欠佳造成的。一般来说,造成上述中位问题的原因集中表现在以下两个方面。

a)吸力特性与反力特性匹配正确,但摩擦力矩较大。例如:永磁磁钢如果采用线切割工艺,则加工出来的磁钢表面粗糙,并且与衔铁接触的端面不是尖锐的三角形 (呈一条直线)而是R面,不利于衔铁灵活翻转。若R面抛光不佳,则会形成台面,从而进一步地增加摩擦力。衔铁轴杆焊接偏位、线包支架安装偏位和动簧片表面粗糙等,均会使摩擦力增大。在此情况下,即使吸力特性与反力特性匹配正确,但由于此时永磁力矩与簧片反力力矩差值的绝对值小于摩擦力矩,也会导致中位状态出现。

b)吸力特性与反力特性配合欠佳,吸力力矩与反力力矩配合关系虽满足正确的配合条件,因摩擦力较大,也会出现中位状态。此状态会导致触点与任何静触点都不接通,或出现触点压力降低,超行程减小,从而使继电器的接触电阻增大,导通能力变差,耐环境性能 (如抗振动、离心加速度等)变坏等。

本文以多颗卫星用不同类型的电容器的二筛试验数据为研究对象,进行二筛失效电容器的统计和分析,探究低成本、高可靠商业卫星发展下电容器需不需要筛选以及如何筛选的问题。国产电容器二筛统计数据如表1所示。

继电器属于航天型号关键元件,其他元器件会受到此类元器件的制约。继电器在型号工程上是一个极其重要、极其关键的部件,一个单机的其余元器件的可靠性即使都很高,电装工艺也符合航天型号技术要求,然而若继电器发生故障,则整个单机也会失去功能,出现失效 [6],并且磁保持继电器的中位问题属于致命失效问题之一,因此型号设计师应对该类问题重点关注。

此后,喜姑和二狗伢常常在乡党们黑汗水流辛勤劳作的时候,一句连一句,一段接一段地你来我往唱山歌,给白家湾带来了不少的欢乐,喜姑的名声很快在十里八方传开了。

通过补充筛选技术分析,发现继电器失效比例相对较高。因此,航天型号应重点关注,建议采取原有的筛选模式进行筛选或二筛加严筛选,以此来保证型号用继电器的可靠性,从而间接地保证所控制单机或系统的可靠性。航天型号密封电磁继电器的二筛流程如图1所示。

图1 密封电磁继电器推荐二筛流程

在继电器筛选中,相应的筛选条件均应依据相应的标准进行选择,并且按照图1所示的通用流程进行筛选或在此基础上加严进行。其中,加严部分为介质耐电压和绝缘电阻测试,放在内部潮湿与低温运行之间进行。因篇幅原因,本文未涉及温度继电器、时间继电器的试验流程的探讨。

腰椎间盘突出症好发于老年人群。近年来,我国老龄化加剧,导致腰椎间盘突出症发生率有所增高[1]。老年腰椎间盘突出症患者常有椎间孔狭窄、侧隐窝狭窄及黄韧带肥厚等表现,治疗难度较大,预后较差。手术治疗属于常用方案,但开放性手术创伤大、手术时间长、术后恢复慢,且并发症较多,影响康复。本研究旨在探讨经皮椎间孔镜治疗腰椎间盘突出症患者的临床效果。现报道如下。

2 半导体器件补充筛选

本文以多颗卫星用不同类型的半导体分立器件的二筛试验数据为研究对象,进行二筛失效半导体器件的统计和分析,探究低成本、高可靠商业卫星发展下半导体器件如何筛选的问题。由于篇幅原因,本文仅对航天型号用分立器件二筛数据进行统计分析,并提出了适合于商业卫星分立器件的筛选模式,该模式对集成电路的筛选亦有较大的参考意义。

2.1 分立器件补充筛选试验数据统计分析

分立器件型号较多,生产厂家地较多,本文仅对国产分立器件的生产厂家用不同的符号进行表示,相应的筛选统计数据如表4所示。

参与统计的分立器件共计405批次,总数量为71 478只,总失效数量为68只。失效模式多样,有的表现为低温电参数测试失效,有的表现为密封性失效,有的表现为内部存在多余物导致颗粒碰撞噪声检测 (PIND)不合格,也有的表现为高温老炼后电参数测试失效。但从分立器件筛选总数量与失效比例来分析,半导体器件的二筛可以改变原有的筛选模式,开发能够适用于商业卫星低成本、高可靠技术需求,制定较为科学、较为合理的补充筛选试验条件,避免过应力、欠应力筛选问题出现。

表4 国产分立器件筛选统计数据

名称 生产厂家 批次数 元器件数量 失效数分立器件A厂家 8 514 12 B厂家 18 1 066 5 C厂家 6 110 0 D厂家 78 4 567 2 E厂家 5 561 0 F厂家 15 1 813 0 G厂家 13 371 9 H厂家 15 186 0 I厂家 51 5 125 14 J厂家 1 60 0 K厂家 129 51 260 20 L厂家 4 1 124 1 M厂家 4 182 0 N厂家 55 4 485 5 O厂家 3 54 0

2.2 分立器件补充筛选建议

2.2.1 分立器件补充筛选通用流程

分立器件补充筛选通用流程如图2所示。

图2 分立器件补充筛选通用流程图

1.1.1 电容器补充筛选试验数据统计分析

分立器件的生产工艺决定了其固有可靠性水平,目前国内分立器件厂家的生产工艺已较为成熟,因而生产出来的元器件,批次性质量问题越来越少,元器件失效多数为用户在使用过程中造成的。航天型号产品的典型特征为高可靠和不可维修,因此以往航天型号均会选用质量等级较高的元器件并且这些元器件都会经过严格的筛选,这在一定程度上保证了航天型号工程的质量,但是会产生高昂的筛选费用,而这与商用卫星低成本的要求相矛盾。

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从昆明沿昆玉高速公路往晋宁方向行驶,半小时不到,在牛恋乡收费站下高速公路,经过一个大拐弯,亭台楼阁的“山大王”菌庄显得较为显眼,也早就被云南人成为美食圣地,很多款待外地客人的朋友都会驱车百里慕名而来,只为了那一口鲜香的菌。

各组大鼠血清饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸含量测定结果见表2、表3。分别对测得的32种血清游离脂肪酸含量按照饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸进行分类统计,结果见表4(其中,C6:0、C8:0、C10:0、C11:0、C13:0、C14:1、C15:1、C16:1、C20:5N3、C20:2、C22:2、C23:0在血清中含量太低,只有个别大鼠能检测到,因此未能纳入统计)。

a)分立器件二筛委托生产厂进行,元器件质保中心建立厂家动态考核机制,编制合格的供方目录,对不合格的元器件生产商有相应的处理措施。

b)按照卫星设计寿命制定二筛试验条件,在温度循环和电老炼试验阶段,根据不同的寿命要求改变筛选时间,以最大限度地节省试验成本以及保证型号进度 [7]。以卫星设计寿命为变量,对筛选过程最为关键的高温贮存和电老炼环节进行改变,探究适合商业卫星分立器件的筛选技术条件。

c)较为关键的分立器件按照原有的筛选模式进行筛选或加严筛选,以保证商业卫星用元器件达到技术要求。

2.2.3 按照卫星设计寿命的二筛流程探究

通常,商业卫星设计寿命较短,一般均小于8年。本文根据以往航天型号工程成功案例,结合商业卫星技术现状要求,较为科学、合理地对商业卫星设计寿命进行划分,其寿命设计年限节点分别为1年、4年、6年、9年和9年以上,研究适合商业卫星分立器件筛选新模式。推荐使用的普通二极管筛选流程如表5所示。

3 结束语

本文以多颗卫星的二筛试验数据为研究对象,对电阻器、电容器、继电器和分立器件补充二筛数据进行了分析,探讨了商业卫星模式下元器件补充筛选模式,提出了部分适合商业卫星元器件筛选的新途径,主要得出了如下结论。

表5 按卫星设计寿命的普通二极管关键筛选环节

筛选项目 试验方法 试验条件 卫星设计寿命 备注+ (150±2) ℃, 24 h 1~4年高温贮存 GJB 128A方法1031+ (150±2) ℃, 24 h 4~6年+ (150±2) ℃, 48 h 6~9年+ (150±2) ℃, 48 h >9年不得超过器件的极限温度。室温, 168 h 1~4年电老炼 GJB 128A方法1038室温, 240 h 4~6年室温, 336 h 6~9年室温,400 h >9年1)整流、检波、开关二极管:I老炼电流=1.0IFM (IFM为最大正向工作电流)2)稳压二极管:I老炼电流=1.0IZM (IZM为最大工作电流)3)双基极二极管:电压、电流按产品详细规范。1)应根据产品规范采取散热措施,壳温要求控制在 70~75 ℃之间或按产品规范控制;2)当产品规范有降额要求时应按降额要求执行。

a)对于生产工艺成熟稳定的国产电阻、电容类元件,其补充筛选建议委托厂家一筛加严进行,质保中心建立生产厂商考核机制,不进行筛选的元件用户会有一定的风险。

其中m(X)是未知回归函数,ε是均值为0方差为σ2的误差项.设(x,y)是变量(X,Y)的某个具体取值,{(Xi,Yi),i=1,2,···,n}为样本数据.在多维情况下,式(1)可表示成如下形式:

创新成为事业单位内部管理活动开展的“主题”内容。在具体的财务管理创新操作上,事业单位需要自上而下,由表及里地进行财务管理创新尝试。例如事业单位可以结合预算法中的一些内容进行财务管理方向和侧重点的调整,核心领导层也要同财务管理主体进行积极沟通,并就财务管理手段的多元化进行更多思考。财务管理部门在明确了财务管理创新的大框架后,要与主要职能部门进行沟通。一方面,可以使主要职能部门更好地对创新性较高的财务管理予以适应。另一方面,可以搜集一些财务管理创新的意见和建议。事业单位财务管理层面上的创新不能操之过急,财务管理部门也要对财务管理理念与方式方法上的创新进行科学规划。

b)继电器类是决定系统成败的关键元件,建议延用原有的筛选模式或在此基础上加严筛选。

c)对于生产工艺较为成熟稳定的国产分立器件,建议按照商业卫星设计寿命制定筛选技术方案,力求在保证科学、合理筛选的同时能够最大限度地节省试验成本,保证商业卫星技术发展需求。该探究方案亦可用于国产集成电路的筛选中。

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张颖,曹德峰,李志勇,崔帅
《电子产品可靠性与环境试验》2018年第02期文献

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