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浅析军用电子元器件可靠性强化试验的可行性

更新时间:2009-03-28

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先进标准看齐。但尽管如此,有不少通过可靠性试验的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[1]

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,只分别通过鉴定试验与验收试验决定是否满足规范要求,使得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,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。

在ESP教学在国内高校逐步开展的同时,ESP教学中一些概念亟待厘清,一些问题需要解决。秦秀白(2003)曾指出我国高校ESP教学问题存在三个方面问题:1)未解决好专门用途英语在高校英语教育中的定位问题;2)对专门用途英语的性质和教学原则理解不一;3)对专门用途英语的教学方法研究不够深入。梁雪松(2006)和谷志忠(2010)调查和讨论我国高校中ESP教学的困境。刘梅(2013)从教学师资和教学课时两方面指出ESP差强人意的教学效果。杨枫(2013)直接指出目前国内ESP教学鲜有成功案例。归纳众学者的观点和基于自身教学实践,笔者认为目前高校ESP教学突出问题主要体现在以下三个方面:

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,并充分暴露产品薄弱环节的高加速试验技术[2]。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中所示的工作应力极限范围(增加工作裕度)。根据“应力—强度”干涉理论可知,有较大工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[3]。可靠性强化试验正是通过扩大相应应力极限范围来健壮产品设计,具有缺陷激发彻底、高效等特点[4]

RET遵循两个理论:故障模式相同理论与Miner加速原理,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,因此RET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[5]

1)RET施加的环境应力和工作应力是变化的,而且是递增的;

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、工艺制造、材料的样件上进行;

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

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RET时必须做好试验数据的记录。

3)敏感参数在线测试

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。

  

图1 元器件各应力极限关系示意图

[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.

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。

[1]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.

1)选择试验应力[6]

这种时候,他应该是比她更难过无助吧。她抱紧他说:“是的是的,没事的。我们积极配合治疗,很快就会好起来。”钱海燕抬起头的时候,看到周启明的眼圈红了。

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

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、低温工作、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。

李奥帕德在书中强调,如果我们能把土地看成一个群落,而了解到我们人类只不过是这个群落中的一个成员,那么就会怀着爱和尊重去珍惜土地和土地上的生物。

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。

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;现行标准普适性太强,没有专门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面制定、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。而开展军用电子元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。

其中,delaytrans为数据包的传输时延,delayprop为数据包的传播延时,delayproc为数据包的处理延时,而且很容易得到.当ti<=Tdelay时,这样的链路是极其脆弱而且不可靠的,所以链路的维持时间是一个要考虑的重要部分,将链路的维持时间归一化为一个如下的度量:

  

图2 军用电子元器件RET基本流程

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:

另外,内部控制制度匮乏,对于下属单位的管理力度相对不足。针对财政管理的制度不够完善,对于下属单位的内部监管力度不足,导致一些下属单位的实践工作脱离了监管的作用,出现了一些违法乱纪的现象,如乱收费、滥支出等,更严重的是一部分单位私设“小金库”,对于收费票据的使用不够规范,存在着票据自制等问题,严重扰乱了财政秩序。

2)建立试验剖面[7]

我国包括武隆在内的大部分亟需脱贫的地区,基层社会自治水平有待提高,民间自治意识、自治能力和自治文化都需要逐步培养,这将是一个相对长期艰难的过程。通过学习枫桥经验、“三事分流”和“三社联动”等有代表性的基层治理方式,在脱贫后扶中,武隆区也需要循序渐进推进村民自治,让乡村治理重心下移,切实把资源、服务、管理放下去,培育服务性、公益性、互助性农村社会组织,发展农村社会工作和志愿服务,减少对农村的考核评比、创建达标、检查督查,发挥好、维护好村民委员会、农村集体经济组织、农村合作经济组织的积极性和主动性,从而有利于提高全区人民自发进行基层治理的参与程度,实现稳定脱贫,避免再返贫。

[3]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, 2013(5):51-54.

2.2.1.2 施用充分腐熟的有机肥 有机肥来源复杂,常含有大量的菟丝子种子,必须经过50~70℃高温堆沤处理2~3周,才能杀死有活力的菟丝子种子。

[4]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[J].装备环境工程,2015,(2):54-58.

课堂探究活动是师生之间有效互动的模式,传统的教学模式中探究活动是教师来完成,学生的参与度是不高的,这样的方式让学生逐渐失去了独立思考的能力.探究式教学则打破了这一教学模式,让学生成为整个教学活动的主体.因此在新知识教学过程中,教师要精心设计有一定的难度的课堂探究活动,让学生积极主动地参与到探究当中,通过一步步解决难题,最终积累解题经验和思路,对学生的自学能力的提高以及综合探究能力的培养,有着重要作用.

[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 [J]. 现代雷达, 2008, 30(4):27-28,32.

[7]GB/Z 31477-2015,航空电子过程管理航空电子产品高加速试验定义和应用指南[S].

[8]GB/T 29309-2012, 电工电子产品加速应力试验规程高加速寿命试验导则 [S].

 
朱朝轩,罗俊,林震,吴兆希
《环境技术》 2018年第02期
《环境技术》2018年第02期文献

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