吳振廣，白郁，孫海欽，朱英瑋，閔康磊

（上海航天電子技術(shù)研究所 數(shù)據(jù)傳輸室，上海 201109）

0 引言

眾所周知，元器件是所有電子產(chǎn)品最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。由元器件組裝而成的各類產(chǎn)品設(shè)備，需要面對(duì)外部各種應(yīng)激反應(yīng)，其可靠性對(duì)電子系統(tǒng)的可靠性起著至關(guān)重要的作用[1-2]。我國(guó)相對(duì)于國(guó)外元器件的可靠性研究起步較晚，但也取得了相應(yīng)的進(jìn)展。我國(guó)航天元器件的質(zhì)量可靠性標(biāo)準(zhǔn)制定是從上世紀(jì)70年代開始的，航天部門率先提議要嚴(yán)格篩選電子元器件。航天工業(yè)部根據(jù)航天型號(hào)任務(wù)的需求，在1978年編制了《電子元器件優(yōu)選手冊(cè)》。隨后又陸續(xù)出臺(tái)了《電子元器件選用目錄》等，持續(xù)推動(dòng)著我國(guó)的航天元器件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。2003年7月2日，隨著《航天型號(hào)電子元器件選用目錄》的發(fā)布，我國(guó)在航天元器件的選用上有了源頭上的保障，極大提高了我國(guó)宇航產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性[3-4]。

航天產(chǎn)品發(fā)射之后，一旦航天元器件發(fā)生質(zhì)量問題，將會(huì)造成不堪設(shè)想的后果。因此，分析和研究航天元器件可靠性對(duì)宇航領(lǐng)域是非常重要的，需要充分重視國(guó)家對(duì)于航天元器件國(guó)產(chǎn)化的迫切需求，建立起國(guó)產(chǎn)航天元器件的可靠性保障系統(tǒng)。從而進(jìn)一步提升國(guó)產(chǎn)航天元器件的可靠性，推動(dòng)我國(guó)航天事業(yè)的快速發(fā)展[5-6]。

1 國(guó)產(chǎn)航天元器件的意義

航天元器件作為航天工程最重要的基礎(chǔ)組成部分，對(duì)航天工程的工作性能、研制成本、使用范圍、以及服役壽命都有著很大的作用和重大影響。甚至可以說航天元器件的質(zhì)量與可靠性直接決定著航天工程的成敗。與我國(guó)快速發(fā)展的航天事業(yè)不匹配的是，在航天元器件的制造領(lǐng)域相對(duì)落后，對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家的進(jìn)口元器件有很大的依賴性。伴隨著日益緊張的國(guó)際形勢(shì)，以美國(guó)為首的諸多發(fā)達(dá)國(guó)家禁止向中國(guó)售賣有航天、軍事等用途的關(guān)鍵元器件，一定程度上阻礙了我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。

全面深入掌握國(guó)內(nèi)外電子元器件產(chǎn)品的可靠性體系,實(shí)現(xiàn)航天元器件國(guó)產(chǎn)化并保障航天設(shè)備高可靠性[7]，對(duì)我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展有著極其重要的推動(dòng)作用，具有重大意義。

2 元器件的可靠性

元器件可靠性標(biāo)準(zhǔn)是指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，確保其組成的電子產(chǎn)品性能和硬件質(zhì)量符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[8]。元器件的可靠性主要包含兩個(gè)方面：第一是元器件本身固有的可靠性；第二是元器件的使用性能的可靠性。其固有可靠性，主要體現(xiàn)在元器件的品材質(zhì)量、結(jié)構(gòu)封裝和設(shè)計(jì)方式等；其使用性能可靠性，主要體現(xiàn)在人為、環(huán)境等外部因素的影響。對(duì)于產(chǎn)品來說，元器件的選擇和使用過程中都會(huì)影響其系統(tǒng)可靠性。

根據(jù)國(guó)外的元器件可靠性研究統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果，元器件固有可靠性與使用可靠性出現(xiàn)的失效現(xiàn)象大致相當(dāng)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果各占50%。由此可見，在研究元器件可靠性領(lǐng)域，應(yīng)考慮諸多方面，需要充分了解影響元器件可靠性的原因，制定相應(yīng)的可靠性保障措施，進(jìn)而提高其可靠性。

3 國(guó)產(chǎn)航天元器件可靠性的影響因素

為了應(yīng)對(duì)以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家長(zhǎng)期以來對(duì)我國(guó)實(shí)行的嚴(yán)格的元器件出口限制政策，我國(guó)對(duì)航天元器件實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化非常重視。雖然我國(guó)加大了在國(guó)產(chǎn)航天元器件的研發(fā)投入，研發(fā)也取得了很大的進(jìn)展，但是由于不同單位在國(guó)產(chǎn)化元器件的執(zhí)行程度上有所區(qū)別，目前我國(guó)的國(guó)產(chǎn)航天元器件替代進(jìn)程仍存在不少缺陷亟待解決。本文針對(duì)國(guó)產(chǎn)航天元器件的可靠性影響因素，主要從元器件設(shè)計(jì)工藝、使用過程兩個(gè)角度進(jìn)行分析研究。

3.1 設(shè)計(jì)工藝影響因素

由于歷史原因和經(jīng)濟(jì)限制，我國(guó)航天元器件的研制和生產(chǎn)相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚。與此同時(shí)，還要受到國(guó)際上技術(shù)封鎖和限制等。目前大多數(shù)國(guó)產(chǎn)航天元器件，是根據(jù)進(jìn)口的相關(guān)型號(hào)元器件進(jìn)行仿制的。但是由于核心技術(shù)的封鎖，部分航天元器件的仿制頂層文件不夠完善，存在設(shè)計(jì)缺陷，無法保證其理論設(shè)計(jì)、材料材質(zhì)、制作工藝等和進(jìn)口元器件完全一樣，影響了航天元器件的性能和可靠性，限制了航天事業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。

此外，由于目前國(guó)產(chǎn)航天元器件的頂層管理文件不夠完善，尚無明確的指導(dǎo)性文件來規(guī)范和指導(dǎo)國(guó)產(chǎn)航天元器件的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用等。因此很難對(duì)國(guó)產(chǎn)航天元器件及其可靠性進(jìn)行合理有效的控制和監(jiān)督。對(duì)于那些新研制出的國(guó)產(chǎn)化元器件進(jìn)行鑒定時(shí)，會(huì)存在很多情況難以應(yīng)對(duì)，例如對(duì)專用件和非標(biāo)準(zhǔn)件的分析工作等。缺乏相關(guān)執(zhí)行文件的統(tǒng)一性以及相關(guān)流程的閉環(huán)控制都使得國(guó)產(chǎn)航天元器件出現(xiàn)非標(biāo)驗(yàn)證，只能結(jié)合實(shí)際的功能模塊進(jìn)行國(guó)產(chǎn)航天元器件性能驗(yàn)證，難以全面驗(yàn)證其性能。無法實(shí)現(xiàn)部分國(guó)產(chǎn)航天元器件對(duì)進(jìn)口元器件的百分百性能替換，存在一定的可靠性風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)前對(duì)于國(guó)產(chǎn)化元器件的仿制多采用正向設(shè)計(jì)，期望生產(chǎn)出性能、封裝、可靠性等參數(shù)都可以替代進(jìn)口元器件的國(guó)產(chǎn)航天元器件。但在實(shí)際的國(guó)產(chǎn)航天元器件生產(chǎn)中，由于設(shè)計(jì)、工藝、加工環(huán)境等因素的影響，部分國(guó)產(chǎn)航天元器件難以達(dá)到和進(jìn)口元器件完全一致的性能。其中最重要一個(gè)環(huán)節(jié)就是元器件的參數(shù)體系不完整，這會(huì)導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)航天元器件性能指標(biāo)的相關(guān)測(cè)試項(xiàng)覆蓋不全面，甚至測(cè)試合格的元器件也存在一定的未被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，這嚴(yán)重影響了國(guó)產(chǎn)航天元器件的可靠性。

3.2 應(yīng)用過程影響因素

在國(guó)產(chǎn)化元器件的應(yīng)用過程中，其可靠性主要受到人為因素和環(huán)境因素等的影響。首先，任何產(chǎn)品設(shè)備都是為人類服務(wù)的，元器件的設(shè)計(jì)、制造和使用都需要人類參與，人為因素對(duì)其可靠性影響重大。例如，操作人員在裝配元器件的過程中，由于工作疏忽或者技能尚不嫻熟，會(huì)產(chǎn)生操作不當(dāng)或損壞元器件等，這些原因會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品無法正常運(yùn)行[9]。航天元器件的使用環(huán)境，例如溫度、輻射、震動(dòng)等各種因素都會(huì)影響其使用可靠性。尤其是宇航產(chǎn)品在發(fā)射時(shí)需要克服重力變化和震動(dòng)影響等；在太空服役時(shí)，需要面對(duì)苛刻的溫度變化、各種輻射等。這些因素都會(huì)一定程度上影響國(guó)產(chǎn)航天元器件可靠性。

4 國(guó)產(chǎn)航天元器件可靠性的改進(jìn)措施

針對(duì)國(guó)產(chǎn)航天元器件的可靠性影響因素，本文主要從元器件設(shè)計(jì)工藝影響因素、使用過程影響因素兩個(gè)角度對(duì)其可靠性的改進(jìn)措施進(jìn)行分析研究。

4.1 設(shè)計(jì)工藝影響因素的改進(jìn)措施

針對(duì)新研發(fā)的國(guó)產(chǎn)航天元器件，需要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)狀態(tài)管理。以型號(hào)任務(wù)為基礎(chǔ)，明確國(guó)產(chǎn)航天元器件的頂層管理文件，積極主動(dòng)積累和收集宇航元器件實(shí)際應(yīng)用中可靠性的情況和相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)。明確指導(dǎo)規(guī)范和指導(dǎo)國(guó)產(chǎn)航天元器件的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用等。做到全面細(xì)致了解元器件的具體情況和詳細(xì)研究過程，結(jié)合相應(yīng)的技術(shù)條件和使用經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而得到更為完善的設(shè)計(jì)方案。

對(duì)國(guó)產(chǎn)航天元器件的研制廠家，要加大扶持力度，保證資源供給。使得生產(chǎn)商和使用方可以數(shù)據(jù)共享，明確國(guó)產(chǎn)航天元器件與進(jìn)口元器件的參數(shù)差異，將其可靠性放到首要位置，有效開展技術(shù)分析論證工作。在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)商要加強(qiáng)對(duì)國(guó)產(chǎn)航天元器件的檢測(cè)力度，嚴(yán)格按照國(guó)產(chǎn)航天元器件的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、工藝制作和檢測(cè)試驗(yàn)，并定期對(duì)已經(jīng)使用的元器件進(jìn)行可靠性檢測(cè)，確保國(guó)產(chǎn)航天元器件的設(shè)計(jì)工藝的可靠性。

4.2 應(yīng)用過程影響因素的改進(jìn)措施

針對(duì)人為因素對(duì)國(guó)產(chǎn)航天元器件使用過程的影響，必須嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范使用，并定期檢測(cè)國(guó)產(chǎn)航天元器件的可靠性。具體可以分為以下三點(diǎn)：一是要明確國(guó)產(chǎn)航天元器件的使用操作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并嚴(yán)格對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)、指導(dǎo)、和監(jiān)察；二是要制定明確的篩選流程，對(duì)于部分國(guó)產(chǎn)航天元器件一次篩選無法滿足使用要求時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行二次篩選，以此來保證其可靠性；三是加強(qiáng)監(jiān)督職能，重視國(guó)產(chǎn)航天元器件機(jī)器設(shè)備的維護(hù)，從實(shí)際出發(fā)做到明確設(shè)備狀態(tài)、預(yù)防故障、故障早發(fā)現(xiàn)早解決。

針對(duì)環(huán)境因素對(duì)國(guó)產(chǎn)航天元器件使用過程中的影響，必須要完善相應(yīng)的制作工藝要求、檢測(cè)程序并加大檢測(cè)力度[10]。首先根據(jù)宇航產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，例如溫度范圍、抗震等級(jí)、真空輻照等環(huán)境因素來設(shè)計(jì)研發(fā)國(guó)產(chǎn)航天元器件；其次要模擬環(huán)境因素干擾開展國(guó)產(chǎn)航天元器件的檢測(cè)和試驗(yàn)項(xiàng)，保證其可靠性。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)國(guó)產(chǎn)航天元器件在航天應(yīng)用中還存在的不穩(wěn)定性因素，提出需要對(duì)國(guó)產(chǎn)航天元器件的可靠性進(jìn)行嚴(yán)格把控和監(jiān)管，建立起國(guó)產(chǎn)航天元器件科學(xué)狀態(tài)管理體系，制定相應(yīng)的生產(chǎn)、選用、應(yīng)用規(guī)范，同時(shí)還要從人為因素上入手，努力提高國(guó)產(chǎn)航天元器件的管理能力、設(shè)計(jì)能力和操作能力，確保國(guó)產(chǎn)航天元器件可靠性的提升，助推我國(guó)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)的步伐。