何宏平 陸培永

（華東電子工程研究所，安徽 合肥 230031）

1 引言

某微波組件是構(gòu)成某系統(tǒng)的關(guān)鍵組成，其可靠性指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的影響度為0.9以上，因此其可靠性快速增長(zhǎng)是工程急需的工作，為此我們開(kāi)展了可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)工作，以期獲得快速增長(zhǎng)的效果。

2 可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)

可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)是一種采用強(qiáng)化的應(yīng)力（包括環(huán)境應(yīng)力如溫度、振動(dòng)，電應(yīng)力如電壓、電流等）激發(fā)產(chǎn)品缺陷暴露為故障的試驗(yàn)，更主要的是暴露設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)，通過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)進(jìn)行可靠性增長(zhǎng)。通常采用系統(tǒng)地對(duì)產(chǎn)品施加一系列單獨(dú)或綜合的應(yīng)力,如多軸向振動(dòng)、溫度循環(huán)和產(chǎn)品電應(yīng)力循環(huán),并以強(qiáng)度逐漸增大的環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力，對(duì)激發(fā)出的故障通過(guò)失效物理分析手段,尋找故障原因,提出相應(yīng)的糾正措施來(lái)使得產(chǎn)品更健壯。

2.1 可靠性強(qiáng)化應(yīng)力參數(shù)

可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的應(yīng)力參數(shù)主要有步進(jìn)溫度、步進(jìn)強(qiáng)化振動(dòng)、電應(yīng)力(正常工作和極限工作)或其它應(yīng)力(如濕度)等。表征產(chǎn)品適應(yīng)應(yīng)力的水平有以下3個(gè)等級(jí)：

l)工作極限，即產(chǎn)品在高于該極限要求的情況下，功能和性能不能滿足要求，而當(dāng)試驗(yàn)應(yīng)力降低到該極限以下，產(chǎn)品能恢復(fù)正常工作。一般有高溫工作極限、低溫工作極限、振動(dòng)工作極限等。

2)破壞極限，即產(chǎn)品在高于該極限要求的情況下，功能和性能不能滿足要求，產(chǎn)品出現(xiàn)故障，而當(dāng)試驗(yàn)應(yīng)力降低或恢復(fù)到正常狀態(tài)，產(chǎn)品不能恢復(fù)功能和性能，依然表現(xiàn)為故障。一般有高溫破壞極限、低溫破壞極限、振動(dòng)破壞極限。

3)設(shè)計(jì)極限，即為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品要求（產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的工作極限）而設(shè)計(jì)產(chǎn)品的適應(yīng)應(yīng)力的水平，該量值大于產(chǎn)品要求。

3 某微波組件可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

某微波組件可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，除了沿用通用的高溫步進(jìn)試驗(yàn)、低溫步進(jìn)試驗(yàn)、振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)和溫度循環(huán)_振動(dòng)綜合試驗(yàn)外，還開(kāi)展基于使用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)譜的振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)和溫度循環(huán)_振動(dòng)綜合試驗(yàn)。無(wú)論哪種應(yīng)力試驗(yàn)，均考慮產(chǎn)品的實(shí)際情況，研究其失效機(jī)理。比如溫度，雖然步進(jìn)增加，但絕不超過(guò)組件的工藝溫度，確保其機(jī)理與使用環(huán)境的適應(yīng)性和一致性。

試驗(yàn)的順序?yàn)椋旱蜏夭竭M(jìn)——高溫步進(jìn)——溫度循環(huán)——非高斯多軸隨機(jī)振動(dòng)步進(jìn)——溫度_非高斯多軸振動(dòng)綜合試驗(yàn)——使用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)譜振動(dòng)步進(jìn)——使用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)譜步進(jìn)試驗(yàn)——溫度_使用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)譜綜合試驗(yàn)。

低溫步進(jìn)試驗(yàn)：常溫～-70℃，步長(zhǎng)-10℃，時(shí)長(zhǎng)30min。試驗(yàn)測(cè)得低溫工作極限和低溫破壞極限，直至低溫剖壞極限出現(xiàn)或溫度到達(dá)-70℃止。

高溫步進(jìn)試驗(yàn)：常溫～130℃（為組件工藝極限溫度，超過(guò)該溫度，組件狀態(tài)即將發(fā)生變化），步長(zhǎng)+10℃，時(shí)長(zhǎng)30min。試驗(yàn)測(cè)得高溫工作極限和高溫破壞極限，直至高溫剖壞極限出現(xiàn)或溫度到達(dá)+130℃止。

溫度循環(huán)試驗(yàn)：溫度范圍為低溫功能極限加5℃～高溫工作極限減5℃，循環(huán)次數(shù)5次，溫度變化速率±40℃/min，保持時(shí)間為30min。

非高斯多軸隨機(jī)振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)：起振6g（rms），步長(zhǎng)為5g，每步振動(dòng)5min，測(cè)得功能極限和剖壞極限，直至破壞極限或振動(dòng)大道40g（rms）止。

溫度_非高斯多軸隨機(jī)振動(dòng)綜合試驗(yàn)：溫度范圍為溫度范圍為低溫功能極限加5℃～高溫工作極限減5℃，溫變速率±40℃/min，極限溫度保持30min，循環(huán)5次；振動(dòng)6g（rms）～振動(dòng)功能極限減2g（rms）或40g（rms）,步長(zhǎng)5g（rms），單步時(shí)長(zhǎng)5min。

使用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)譜步進(jìn)試驗(yàn)：起振量值為產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的極限使用量值，步長(zhǎng)為5g，單步時(shí)長(zhǎng)5min，測(cè)得功能極限和剖壞極限，直至破壞極限或振動(dòng)大道25g（rms）止。

溫度_使用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)譜綜合試驗(yàn)：溫度范圍為溫度范圍為低溫功能極限加5℃～高溫工作極限減5℃，溫變速率±40℃/min，極限溫度保持30min，循環(huán)5次；振動(dòng)6g（rms）～振動(dòng)功能極限減2g（rms）或25g（rms）,步長(zhǎng)5g（rms），單步時(shí)長(zhǎng)5min。

被試驗(yàn)的產(chǎn)品為某微波功率組件，為新研制的產(chǎn)品，已經(jīng)批量試制400件，試制過(guò)程中或短期調(diào)試和試驗(yàn)中暴露了一些故障。試驗(yàn)樣品數(shù)為7件，低溫步進(jìn)、高溫步進(jìn)、溫度循環(huán)、非高斯多軸隨機(jī)振動(dòng)步進(jìn)、溫度_非高斯多軸振動(dòng)綜合、使用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)譜步進(jìn)試驗(yàn)、溫度_使用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)譜綜合試驗(yàn)各1件。

4 試驗(yàn)結(jié)果

采用以上試驗(yàn)后，測(cè)得低溫工作極限為-55℃，低溫破壞極限沒(méi)有找到，高溫工作極限為86℃，高溫破壞極限沒(méi)有找到，非高斯多軸隨機(jī)振動(dòng)功能極限為26g（rms），破壞極限為32g（rms）；使用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)譜振動(dòng)功能極限16g（rms），破壞極限16g（rms）。

試驗(yàn)故障：

1）低溫工作步進(jìn)到-55℃時(shí)，組件出現(xiàn)數(shù)字處理板故障，經(jīng)故障定位為數(shù)字處理板上的A/D器件發(fā)生異常，恢復(fù)到產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的低溫極限溫度后產(chǎn)品能正常工作，因此確定低溫工作極限為-55℃。經(jīng)進(jìn)一步分析，A/D故障的原因?yàn)槠骷|(zhì)量有問(wèn)題，該問(wèn)題在前期小批量試制期間常溫出現(xiàn)26次。

2）高溫步進(jìn)到+86℃時(shí)，組件出現(xiàn)數(shù)字處理板故障，經(jīng)故障定位為數(shù)字處理板上的A/D器件發(fā)生異常，恢復(fù)到產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的低溫極限溫度后產(chǎn)品能正常工作，因此確定高溫工作極限為+86℃。

3）非高斯多軸隨機(jī)振動(dòng)步進(jìn)到26g（rms）時(shí)出現(xiàn)通道功率無(wú)輸出，經(jīng)故障定位為濾波器故障，振動(dòng)量值降低1g后，故障消失，因此確定振動(dòng)工作極限為26g（rms）。該故障在前期小批量試制期間環(huán)境摸底試驗(yàn)中出現(xiàn)過(guò)7次，經(jīng)分析為濾波器中某電感根部斷裂，屬于設(shè)計(jì)余量不夠。

4）非高斯多軸隨機(jī)振動(dòng)步進(jìn)到32g（rms）時(shí)出現(xiàn)通道功率無(wú)輸出，振動(dòng)停止后也無(wú)輸出，經(jīng)故障定位為組件內(nèi)某通道的電源過(guò)度繞接線斷，由此確定振動(dòng)破壞極限為32g（rms）。該故障屬于設(shè)計(jì)缺陷，繞接線選型不當(dāng)，線徑過(guò)細(xì)，繞接過(guò)度時(shí)過(guò)度突然造成過(guò)度處存在應(yīng)力集中，該問(wèn)題在前期環(huán)境應(yīng)力篩選時(shí)出現(xiàn)過(guò)45次。

5）使用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)譜振動(dòng)步進(jìn)到16g（rms）時(shí)出現(xiàn)通道功率無(wú)輸出，而且在停止振動(dòng)后依然沒(méi)有功率輸出，經(jīng)故障定位為濾波器故障，故障機(jī)理同故障3）。

6）溫度_非高斯多軸隨機(jī)振動(dòng)綜合試驗(yàn)時(shí)，溫度+81℃，振動(dòng)24g（rms）情況下，出現(xiàn)同故障1）的故障和同故障4）的故障。

7）溫度_使用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)譜綜合試驗(yàn)時(shí)，溫度在+76℃，振動(dòng)14g（rms）情況下，出現(xiàn)同故障1）的故障和同故障4）的故障。

以上故障均在試制調(diào)試期間出現(xiàn)過(guò)，在研制過(guò)程中，這些問(wèn)題均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的故障歸零，本次試驗(yàn)的樣件為改進(jìn)前的樣件。本輪試驗(yàn)后3個(gè)月，按歸零后的新技術(shù)狀態(tài)再次準(zhǔn)備了7件樣品，該樣品通過(guò)了所有產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的例行試驗(yàn)。按第一輪試驗(yàn)的試驗(yàn)條件開(kāi)展強(qiáng)化應(yīng)力試驗(yàn)驗(yàn)證改進(jìn)效果，結(jié)果產(chǎn)品的各項(xiàng)極限變化如下：

低溫工作極限為-55℃，高溫工作為86℃，極限沒(méi)有提高，是因?yàn)锳/D短期內(nèi)質(zhì)量無(wú)法提高，但此為后續(xù)改進(jìn)提供了參考?？紤]產(chǎn)品實(shí)際情況，在試制過(guò)程中增加環(huán)境應(yīng)力篩選的溫度應(yīng)力從原來(lái)的-55℃～+70℃變更為-55℃～+85℃，以增加產(chǎn)品缺陷的篩選度；非高斯多軸隨機(jī)振動(dòng)功能極限為40g（rms），沒(méi)有發(fā)現(xiàn)破壞極限，產(chǎn)品抗振動(dòng)能力明顯提高，得益于對(duì)繞接線改進(jìn)和濾波器的改進(jìn)；使用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)譜振動(dòng)功能極限和破壞極限為33g（rms），沒(méi)能通過(guò)40g（rms）的試驗(yàn)，對(duì)比另一種振動(dòng)試驗(yàn)可以看出，從頻率分量上看，另一種試驗(yàn)頻率豐富，因此樣品能經(jīng)理更高的振動(dòng)條件。33g（rms）的使用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)譜已經(jīng)比實(shí)際使用極限超出了6倍，經(jīng)研制項(xiàng)目組討論認(rèn)為可以滿足使用要求，因此在對(duì)故障進(jìn)行機(jī)理分析后不再進(jìn)行設(shè)計(jì)更改。

5 結(jié)束語(yǔ)

某組件可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)暴露的問(wèn)題均是該組件前期暴露過(guò)的問(wèn)題，試想如果研制初期即開(kāi)展這樣的試驗(yàn)并對(duì)故障進(jìn)行機(jī)理分析，我們就可以用較少的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可靠性提高和快速質(zhì)量穩(wěn)定，雖然本組件可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)開(kāi)展有些滯后，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)依然可以為后期產(chǎn)品故障分析提供參考。從使用環(huán)境的隨機(jī)振動(dòng)譜振動(dòng)試驗(yàn)和非高斯多軸隨機(jī)振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)對(duì)比可以看出，加強(qiáng)了的使用環(huán)境的隨機(jī)振動(dòng)譜振動(dòng)試驗(yàn)也能有效激發(fā)產(chǎn)品的缺陷，這樣的試驗(yàn)條件在研制試制過(guò)程很容易保證，方便了研制過(guò)程的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)和開(kāi)展。

[1]王光池 戴躍飛 陸培永 鄭林華 X波段T/R組件可靠性增長(zhǎng)研究

[2]鄺志禮 應(yīng)用可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)提高產(chǎn)品的可靠性