劉靚燕

摘 要：目前，國產(chǎn)電子元器件的質(zhì)量和可靠性還不能完全滿足航天型號高可靠性的要求。因此，需要航天企業(yè)的整機用戶在元器件的選擇、采購、篩選、檢測和使用等過程中，加強質(zhì)量保證控制，提高元器件的固有質(zhì)量和使用質(zhì)量。針對航天型號配套電子元器件的特點和航天科技集團公司的元器件質(zhì)量保證工作的具體情況，提出增設(shè)元器件質(zhì)量保證技術(shù)崗位。通過元器件工程師來提高元器件選型匹配度，加強對元器件選用的控制，完成元器件國產(chǎn)化替代工作。這樣做的意義在于加強航天電子元器件質(zhì)量保證工作體系建設(shè)，提升航天型號配套元器件使用質(zhì)量保證工作，提高電子元器件的質(zhì)量和可靠性，確保航天型號研制生產(chǎn)任務(wù)順利進行。

關(guān)鍵詞：航天型號；國產(chǎn)元器件；元器件工程師；質(zhì)量保證體系

中圖分類號：V243 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.011

1 背景

1.1 質(zhì)量保證工作的定義和意義

電子元器件是電子設(shè)備和整機的組成細胞，是保證設(shè)備高可靠的基本單元。元器件的性能指標、質(zhì)量、可靠性水平和供貨保障能力直接關(guān)系到電子設(shè)備和整機的技術(shù)性能、研制過程、后勤保障能力。隨著國防科技技術(shù)向電子化、智能化的發(fā)展，電子設(shè)備使用元器件的數(shù)量、品種均大幅增加，對元器件的質(zhì)量等級要求也越來越高，比如，要求工作溫度范圍為-55～+125 ℃，滿足抗沖擊和振動條件，在海上的裝備要求防鹽霧和霉菌，在星載裝備中要求滿足防輻射的條件，水汽含量不多于5×10-6等。

要想保證航天電子裝備穩(wěn)定、可靠地工作，就必須要有可靠性高的元器件來保障。航天型號（導彈、運載火箭、衛(wèi)星、載人飛船）采用了大量的電子元器件，一般載人火箭每發(fā)箭使用的電子元器件20 000～30 000只，每顆衛(wèi)星使用電子元器件20 000～60 000只，而載人航天工程使用的電子元器件則達到130 000只。一個小小的電子元器件可能會給相關(guān)工程造成致命的影響。比如，我國自行研制的“神州”飛船完成規(guī)定任務(wù)著陸前，如果降落傘的傳感器不能有效工作，導致降落傘無法打開，就有可能將艙內(nèi)的各種設(shè)備摔得粉碎。

電子元器件的質(zhì)量包括固有質(zhì)量和使用質(zhì)量。元器件的固有質(zhì)量主要是由元器件生產(chǎn)單位在元器件設(shè)計、原材料選用、工藝、生產(chǎn)制造等過程中的質(zhì)量控制所決定的；元器件的使用質(zhì)量主要是由使用方對元器件的選擇、采購、篩選、檢測和使用等過程中的質(zhì)量控制所決定的。

近幾年，航天型號使用的電子元器件失效分析的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，電路設(shè)計錯誤和元器件應(yīng)用不當占了故障原因的80%。舉幾個簡單例子：①一個電解電容緊挨著散熱片焊接，與電解電容相關(guān)聯(lián)的那部分電路參數(shù)容易漂，現(xiàn)象和結(jié)果就是機器參數(shù)不穩(wěn)。②某塊電路工作不好，發(fā)現(xiàn)將PCB板信號線的一個電感換成磁珠就好了，于是，就改了BOM單大肆生產(chǎn)了?？雌饋泶胖樗坪跖c電感的特性是相同的，事實上，磁珠表現(xiàn)的是一個隨頻率變化的電阻特性，是消耗性的，而電感是儲能特性，是儲存性的削峰填谷。從結(jié)果看似乎更換器件后沒問題，但其實沒有明白真正的元器件機理。設(shè)計電路，要對電路和元器件刨根究底。③比如降額，幾乎所有設(shè)計師都說“我們降額了，基本降了50%，余量是足夠的”。那么，是不是所有該降額的參數(shù)都降到了安全范圍內(nèi)呢？同一類功能的元器件換了不同封裝形式或生產(chǎn)工藝時，一樣的降額系數(shù)能降出一樣的效果嗎？因此，要保證航天型號元器件的質(zhì)量，一方面，需要加強元器件生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制，以提高元器件的固有質(zhì)量；另一方面，要加強元器件使用的質(zhì)量控制，以提高元器件的使用質(zhì)量。

本文中的航天電子元器件質(zhì)量保證是指航天企業(yè)為保證航天型號使用的電子元器件的質(zhì)量和可靠性滿足型號全壽命周期的質(zhì)量和可靠性要求而采取的各項保證措施，包括組織管理模式、管理制度、管理流程、各環(huán)節(jié)的控制要求等。

1.2 國內(nèi)質(zhì)量保證工作現(xiàn)狀

1.2.1 元器件質(zhì)量保證工作的發(fā)展歷程

從20世紀70年代開始，我國國防工業(yè)主管部門就采取措施提高軍用元器件的固有質(zhì)量。例如，20世紀70年代末期實施的“七專”（專人、專機、?？啤Ｅ?、專檢、專技、?？ǎ┵|(zhì)量控制。20世紀80年代中期開始準備，20世紀90年至今逐步實施的貫徹國家軍用標準（簡稱“貫標”）等措施，都對提高國產(chǎn)軍用元器件的固有可靠性起到了積極的推動作用。

到20世紀90年代開始實施“五統(tǒng)一”元器件質(zhì)量管理，即統(tǒng)一標準、統(tǒng)一定貨、統(tǒng)一驗收、統(tǒng)一篩選和統(tǒng)一失效分析。但是，航天系統(tǒng)已在最初的“五統(tǒng)一”基礎(chǔ)上有所發(fā)展，將元器件全過程質(zhì)量保證的7個重要環(huán)節(jié)歸納為“統(tǒng)一選用、統(tǒng)一采購、統(tǒng)一監(jiān)制與驗收、統(tǒng)一篩選與復(fù)驗、統(tǒng)一失效分析”，所以，現(xiàn)在的“五統(tǒng)一”實際上包括了元器件的選用、采購、監(jiān)制、驗收、篩選、復(fù)驗和失效分析7個環(huán)節(jié)，具體情況如圖1所示。這項工作由航天型號任務(wù)的抓總單位，即總體院統(tǒng)一組織實施。

“五統(tǒng)一”將“統(tǒng)一選用”放在首位。這說明，元器件的使用可靠性保證工作必須從源頭抓起。

1.2.2 航天企業(yè)元器件質(zhì)量保證體系現(xiàn)狀

目前，質(zhì)量保證工作中存在的主要問題是多頭管理、職責不清，元器件標準體系建設(shè)尚不完善，元器件生產(chǎn)單位對元器件固有質(zhì)量的保證不到位，固有質(zhì)量問題時有發(fā)生，元器件批次性質(zhì)量問題嚴重影響航天型號的研制生產(chǎn)的順利進行。

各型號總體院建立了元器件可靠性保證分中心，主要承擔監(jiān)制驗收、復(fù)驗篩選、失效分析等保證工作，并采用補充篩選、破壞性物理分析（DPA）、質(zhì)量問題歸零、信息通報、元器件專題評審等技術(shù)和管理方法保證裝機元器件質(zhì)量及其可靠性。之后，再通過整機老煉、系統(tǒng)穩(wěn)定運行等措施進一步暴露和剔除隱藏較深的元器件可靠性缺陷和應(yīng)用問題。

現(xiàn)階段，對國產(chǎn)元器件的監(jiān)制、驗收和補充篩選方面提出了更加嚴格的要求，而NASA標準中并未規(guī)定需要下廠監(jiān)制，ESA標準中未見要做補充篩選。這些額外的質(zhì)量保證工作增加了航天型號承制單位的工作量，因此，需要相應(yīng)地增加投入。不久以前，航天元器件的DPA還局限于半導體器件，近年來，它已逐步擴大至電容器、繼電器等。但是，NASA和ESA到貨檢驗或超期復(fù)驗需要進行DPA的元器件有10多種。由此可見，我國要將DPA擴大至所有關(guān)鍵元器件還有很長的路要走。

2 設(shè)置元器件工程師崗位的意義

2.1 提高元器件選型的匹配度

經(jīng)驗豐富的設(shè)計師很重視元器件選型這項工作。術(shù)業(yè)有專攻，型號設(shè)計師不可能把所有精力都放在元器件選型上。元器件選型要求設(shè)計師所掌握的知識非常多，信息量非常大。雖然元器件原理本身看起來很簡單，但是，這些原理都是高度理想化的模型，現(xiàn)實中的元器件遠比這些模型原理復(fù)雜。而且元器件種類千千萬萬，要一一掌握是不容易的。因此，就需要專業(yè)人員鉆研和掌握元器件技術(shù)。這就是元器件工程師的工作。優(yōu)秀的元器件工程師可以為型號設(shè)計師的元器件選型提供幫助，可以將他們模糊的參數(shù)要求規(guī)格化。比如，設(shè)計師們往往關(guān)注的是元器件的標稱值，而在種類的選擇上往往有所欠缺。在實際使用中，對一個電阻的了解不僅僅是多少歐姆，還要根據(jù)使用環(huán)境的不同了解是否需要抗硫化、耐脈沖功率，并據(jù)此選擇合適的精度和材料類型。例如，某品種的電阻器在高于200 ℃的表面溫度下工作時，在電阻器的涂料中，某些揮發(fā)性材料可能會出現(xiàn)所謂的“排氣”過程，所以，在設(shè)計時，應(yīng)考慮到這種情況。半導體分立器件的選用要求如表1所示。只有知其所以然，才能選擇最合適的元器件。

元器件選型除了要考慮元器件的技術(shù)應(yīng)用外，還需要兼顧考慮元器件的供應(yīng)商情況，比如產(chǎn)品質(zhì)量、價格、交貨周期、信譽等，優(yōu)先考慮選用優(yōu)選目錄中的元器件。設(shè)計師有時沒有考慮這些因素，所以，選型考慮時常與物資部有沖突，有時還利用設(shè)計部門的技術(shù)強勢地位單方面作出決策。元器件工程師不僅要有一定的技術(shù)能力，還要熟悉市場狀況，考慮綜合因素。因此，相關(guān)部門要在設(shè)計師與物資計劃采購之間找到一個平衡點。

元器件工程師還有一個很重要的工作就是可靠性工作，這是元器件工程師的根本職責。在完成可靠性檢測工作時，要采取一定的技術(shù)措施，包括降額、熱設(shè)計、防靜電和防輻射等要求，并與可靠性中心進行失效分析等相關(guān)工作。

2.2 提高元器件選用控制度

我國航天元器件選用控制主要是總體院和分系統(tǒng)單位的設(shè)計師在抓元器件的選用控制。要想提高選用控制質(zhì)量，具體建議如下：①高度重視元器件的選用控制環(huán)節(jié)（國外稱“元器件工程”），具體如圖2所示。優(yōu)選元器件目錄，從航天型號的方案階段就開始抓元器件選用控制。同時，要狠抓關(guān)鍵元器件的質(zhì)量，將主要精力集中于核心元器件的選型和開發(fā)。②崗位設(shè)置情況圖3所示。設(shè)置若干元器件質(zhì)量保證技術(shù)崗位，按照元器件的選擇原則，如表2所示，指導設(shè)計人員正確選用元器件。這是電路設(shè)計人員與元器件生產(chǎn)廠家之間的一座橋梁。

①通用化、系列化、組合化

②先國內(nèi)后國外，先目錄內(nèi)后目錄外，先成熟產(chǎn)品后新品

③統(tǒng)籌考慮所選擇元器件的性能指標、可獲得性和經(jīng)濟性

④在滿足型號使用的前提下，優(yōu)選壓縮元器件的品種規(guī)格和供應(yīng)商的數(shù)量，以便于元器件生產(chǎn)單位的生產(chǎn)供應(yīng)和后續(xù)質(zhì)量保證

2.3 元器件國產(chǎn)化替代工作

據(jù)不完全統(tǒng)計，2013年全球半導體市場規(guī)模3 200億美元，全球54%的集成電路出口到我國。而國外元器件存在停產(chǎn)斷檔、限制出口與禁運、存在安全隱患和假冒偽劣等問題，這嚴重影響了我國武器裝備的發(fā)展，具體如表3所示。

八院物資管理部組織開展了八院各領(lǐng)域型號用停產(chǎn)、禁運進口元器件和替代信息的收集、整理、分析工作，于2016-08形成了《八院型號用停產(chǎn)、禁運進口元器件及替代信息預(yù)警清單（第一期）》。其中，包含723種停產(chǎn)、禁運元器件信息，涉及84家國外元器件生產(chǎn)廠，停產(chǎn)或可能停產(chǎn)（控制等級：黃色）569種，禁運或可能禁運（控制等級：橙色）152種，供貨困難2種。

電子元器件種類繁多，每類產(chǎn)品的關(guān)鍵性能參數(shù)有高有低。這就要求元器件管理人員既要了解國外元器件制造商情況及其產(chǎn)品的技術(shù)水平和發(fā)展態(tài)勢，還要熟悉國產(chǎn)元器件科研生產(chǎn)單位及其產(chǎn)品現(xiàn)狀；既要熟悉型號的基本情況、技術(shù)特點及其對元器件的各種需求，還要了解各類別元器件的有關(guān)性能指標、產(chǎn)品質(zhì)量等級、封裝形式、外形尺寸和供貨保障能力等情況。元器件管理人員必須要有很強的責任心，必須是專業(yè)知識豐富、有組織協(xié)調(diào)能力和高素質(zhì)綜合型人才。元器件工程師就是最好的選擇，具體如圖4所示。

由此可知，在生產(chǎn)型企業(yè)中，元器件工程師是保證組織結(jié)構(gòu)順暢運行的潤滑劑。

3 質(zhì)量保證工作特點和問題分析

3.1 航天型號配對電子元器件的特點

在航天型號使用的數(shù)以萬計的電子元器件中，只要有1只元器件失效，就有可能造成整個航天型號任務(wù)發(fā)射失利或者不能正常運行。因此，要想提高航天型號的質(zhì)量和可靠性，確保航天型號任務(wù)的成功，就必須保證航天型號使用的電子元器件的質(zhì)量和可靠性。而新一代航天產(chǎn)品和航天工程正逐步開展，對元器件的要求也越來越高。例如，2016-08-10，在太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射的高分三號衛(wèi)星是我國首顆分辨率達到1 m的C頻段多極化合成孔徑雷達（SAR）衛(wèi)星。這顯著提升了我國對地遙感觀測能力。2016-08-16，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，名為“墨子號”的世界第一顆量子科學實驗衛(wèi)星發(fā)射成功，在軌運行，實現(xiàn)了國家信息安全和信息技術(shù)水平的跨越式提升。這些新的航天產(chǎn)品使用的電子元器件技術(shù)要求越來越高，特別是在質(zhì)量、可靠性、壽命、小型化、低功耗和耐環(huán)境等方面提出了更新、更高的要求。

3.2 元器件質(zhì)量保證工作中存在的問題

建立科學、合理、有效運行的電子元器件質(zhì)量保證體系，是確保型號配套電子元器件的質(zhì)量和可靠性，保證航天型號任務(wù)“一次成功”的基礎(chǔ)。但是，現(xiàn)有的元器件質(zhì)量保證體系主要存在的問題是：集團公司、院層面沒有明確的部門負責元器件質(zhì)量保證工作。與元器件質(zhì)量保證工作相關(guān)的職責分散在質(zhì)量部門、物資部門、項目管理部門和設(shè)計師系統(tǒng)，職責不清。元器件的選用控制權(quán)基本在設(shè)計師系統(tǒng)，而物資管理部、質(zhì)量管理部門對電子元器件的選用控制乏力。元器件的生產(chǎn)企業(yè)固有質(zhì)量保證工作不到位，質(zhì)量問題時有發(fā)生，具體如表4所示。

4 航天電子元器件質(zhì)量保證體系設(shè)計

電子元器件質(zhì)量保證機構(gòu)可分級設(shè)立，以院級為主，具體可在集團公司層面設(shè)立相應(yīng)的管理機構(gòu)，在院層面設(shè)立管理機構(gòu)和技術(shù)支撐機構(gòu)。電子元器件質(zhì)量保證機構(gòu)分級情況如圖5所示。比如，按型號成立元器件項目辦，在層面型號隊伍中設(shè)立元器件質(zhì)量保證的技術(shù)隊伍，設(shè)立元器件項目經(jīng)理、元器件質(zhì)量保證工程師的專業(yè)人員。他們既是電路設(shè)計方面的專家，又是元器件方面的專家，負責型號配套元器件的設(shè)計選用指導、咨詢，負責元器件的應(yīng)用研究等相關(guān)技術(shù)工作。

5 總結(jié)

航天電子元器件質(zhì)量保證體系建設(shè)是集團公司型號物資工作體系建設(shè)的重要內(nèi)容之一。2004年，集團公司成立了物資管理辦公室，明確集團公司航天電子元器件質(zhì)量保證相關(guān)工作由其負責。航天電子元器件質(zhì)量保證工作的主要環(huán)節(jié)如見圖6所示。

加強對規(guī)范元器件的設(shè)計選用，加強過程的質(zhì)量控制具有極其重要的作用。元器件的選擇是質(zhì)量保證的源頭，在確定型號方案階段，由元器件工程師指導、設(shè)計，盡量選用那些經(jīng)型號飛行試驗考核、技術(shù)成熟、質(zhì)量可靠、供貨穩(wěn)定的元器件；選擇有良好的質(zhì)量保證能力、供貨及時、價格合理、信守合同、有成功合作經(jīng)歷的供應(yīng)商。當型號里的元器件出現(xiàn)質(zhì)量水平下降、供貨不穩(wěn)定的情況時，需要及時剔除，并積極尋找替代產(chǎn)品。

在設(shè)計航天型號配套電子元器件保證工作體系時，通過設(shè)立型號元器件項目辦，統(tǒng)籌考慮，整體布局，監(jiān)督、檢查、指導型號分系統(tǒng)元器件質(zhì)量保證工作。這樣做的意義是，提升航天型號配套電子元器件的使用質(zhì)量，提高電子元器件的質(zhì)量和可靠性，以確保航天型號研制生產(chǎn)任務(wù)順利進行。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕