元器件质量与可靠性保证:第5章 元器件使用可靠性控制.pptx
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元器件质量与可靠性保证:第5章 元器件使用可靠性控制.pptx
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3/24/2021,1,第五章元器件使用可靠性控制,本章内容提要,元器件可靠性与质量的相关概念,1,军用元器件使用质量管理的必要性,2,军用元器件使用质量管理的流程,3,军用元器件使用质量管理的主要工作项目简介,2,3/24/2021,4,元器件可靠性基本概念,3,3/24/2021,可靠性在规定的时间内和规定的条件下,产品完成规定功能的能力。
元器件的可靠性规定时间:
随着时间的推移,无论元器件是否处于工作状态,其性能都会由于各种内外部条件的影响而发生一些变化,其可靠性水平会随着工作时间的延长而缓慢下降。
规定条件:
可分使用条件和环境条件。
不同的使用条件意味着元器件承受的工作应力水平不同,环境条件包括温度环境、湿度环境及振动冲击环境等。
元器件可靠性基本概念,4,3/24/2021,装备典型的工作环境地面用电子设备野外作战用的电子设备工作环境:
雨、雪、沙尘、高温、低温等。
舰船用电子设备海水环境的污染和腐蚀。
机载电子设备承受各种环境条件,高低温、低气压、振动、冲击、太阳辐射等。
宇航及导弹用电子设备太阳辐射、高加速度、零重力、零空气压力、背阳一侧的极冷、飞船蒙皮短暂的高温等。
温变会使不同温度特性材料的内应力增加而导致损坏,高湿可导致材料腐蚀和元器件漏电流增加,振动冲击会使材料疲劳而降低其机械强度。
(3)规定功能:
是元器件完成其特定任务的技术性能指标。
电阻器:
阻值和功耗电容器:
电压,电容值,漏电流和损耗角晶体管:
功耗,集电极最大电流、反向电压等二极管:
反向电压,最大电流,开关时间等运算放大器:
电源电压,电源电流,放大倍数等。
5,3/24/2021,元器件可靠性基本概念,元器件可靠性基本概念,元器件在使用过程中表现的可靠性特征,是设备承制方和用户的任务。
元器件通过设计和制造等工作表现的可靠性特征,是元器件承研单位和生产厂的任务。
固有可靠性使用可靠性,6,3/24/2021,元器件质量与质量等级,7,3/24/2021,质量一组固有特性满足需求的程度(国家标准GB/T19000)元器件的质量是由其固有质量和使用质量组成固有质量是由元器件生产单位在元器件设计、工艺、原材料等的生产过程中的质量控制所决定使用质量是由元器件使用方对元器件的选择、采购和使用等过程的质量控制所决定质量等级表征元器件固有质量水平的主要指标根据元器件固有质量水平的不同可分为不同的质量等级不同质量等级对元器件工作失效率影响的调整系数,元器件质量等级示例,8,3/24/2021,GJB299C对质量等级的划分,元器件质量等级示例,9,3/24/2021,七专产品,10,3/24/2021,七十年代末,为满足航天技术的发展和其他武器装备研制的需要,对电子元器件的质量和可靠性提出了更高要求,由航天部会同电子部制订了“七专”质量控制协议,即通常称之为“7905七专质量控制技术协议”,规定了“七专”产品在生产过程中必须采取七项专门控制措施:
“专批、专技、专人、专机、专料、专检、专卡”,以加强对元器件的质量控制。
“专批”是指对“七专”电子元器件组织专批生产,从原材料、零组件直到成品包装出厂,实行批次管理,对“七专”产品逐个编号,不得混淆。
“专人”是指从工厂领导、管理人员、技术人员到第一线工人都由专人负责生产“七专”产品,责任到人。
“专料”是指要求用最好的原材料提供“七专”电子元器件使用。
对原材料的主要技术性能指标、制造厂家、出厂年、月、批号和贮存情况应有详细的记录,以便进行质量分析时查询,并及时对原材料厂进行质量反馈。
“专机”是指要求选择质量好、性能稳定、符合工艺要求的设备、仪器来生产“七专”电子元器件。
对这些设备、仪器要有严格的维修、鉴定制度,定期计量。
11,3/24/2021,七专产品,“专检”是指要求制定专门检验标准,指定“专人”使用“专机”进行检验。
“专技”是指根据整机的可靠性要求,制定专门的电子元器件技术条件,并采取相应的技术保证措施。
“专卡”是指建立专门的“七专”电子元器件生产流程记录卡,按工序为单位的工艺流程进行实况记录,以便发生质量问题时,可以及时准确查找原因和责任人。
12,3/24/2021,七专产品,在工程应用中,元器件质量等级是用于使用单位设计人员进行可靠性预计和元器件选择的;元器件质量保证等级是用于元器件生产厂进行生产控制和使用单位用户采购各类元器件清单上的。
13,3/24/2021,备注:
元器件的两种质量等级的不同表示,实质上是统一和相互对应的。
质量等级与质量保证等级的应用,进口元器件质量等级示例,14,3/24/2021,元器件的失效率,失效率表征元器件可靠性的主要参数。
度量方法为:
在规定的条件下和规定的期间内,元器件的失效总数与寿命单位总数之比。
一般表示为:
常用的失效率单位是1h,继电器等以动作次数计算其寿命的元器件,失效率单位为1次。
15,3/24/2021,元器件的失效率,16,3/24/2021,失效率等级国标GB/T1772-79电子元器件失效率试验方法均规定了军用元件的失效率等级,金属膜电阻器的工作失效率P计算公式如下:
P=bEQR,17,3/24/2021,
(1),式中:
b基本失效率,10-6/h;E环境系数;Q质量系数;R阻值系数。
由公式看出,在其它参数不变的情况下,质量系数Q越小,则元器件工作失效率越低。
设备的平均故障间隔时间MTBF:
MTBF=1/Pi
(2)式中:
Pi设备的工作失效率元器件质量等级高,其工作失效率就低,因而设备平均故障间隔时间MTBF就高。
质量等级对产品可靠性的影响,元器件优选目录PPL,18,3/24/2021,由型号总体单位按有关标准规定的要求内容和程序制定,为了使设备的设计人员能择优选择元器件品种、规格和生产厂,并控制选择的元器件质量等级,以及压缩元器件品种、规格和生产厂,达到保证元器件的使用质量,减少保障费用的目的。
MIL-STD-975NASA标准电子元器件清单MIL-HDBK-979宇航用标准元器件数据手册航天型号元器件优选目录XX工程元器件优选目录,19,PPL示例,XX型号电子元器件优选目录,3/24/2021,20,PPL的制定,3/24/2021,军用元器件使用质量管理的流程,使用全过程:
选择、采购、监制、验收、二次筛选、DPA、失效分析、保管贮存、超期复验、发放、装联和调试、使用设计、静电防护、评审,21,3/24/2021,主要工作项目,22,3/24/2021,元器件的选择管理元器件的采购管理监制、验收管理二次筛选管理破坏性物理分析管理失效分析管理使用质量管理元器件的储存管理元器件的评审管理,元器件选择原则,23,3/24/2021,除了考虑功能、性能要求外,还应考虑装备的可靠性要求:
元器件的技术标准(包括技术性能指标、质量等级等)应满足装备的要求。
首先从该型号的“元器件优选目录”中选择。
在满足性能、质量要求前提下,应优先选用国产元器件。
选择经实践证明质量稳定、可靠性高有发展前途的标准元器件,不允许选择淘汰品种的元器件。
选择设备适用的元器件质量等级,并应满足设备可靠性指标要求和规定的元器件选择最低质量等级要求。
元器件质量等级的选择,24,3/24/2021,型号规定设备允许采用的元器件最低质量等级。
各种不同设备或同一设备可以采用不同质量等级的元器件。
型号中关键或重要设备应采用高质量等级的元器件。
当设备可靠性预计达不到规定值时,可进一步提高所选的元器件质量等级。
不能盲目地选择质量等级过高的元器件,这样会使型号研制和生产成本增加。
元器件最低质量等级的建议,25,3/24/2021,国产元器件质量等级从高到低依次是国军标、七专、工业、民用(低档)。
其中:
国军标等级又分A1、A2、A3、A4A6;B1、B2;C在航空系统中,元器件应选GJB/Z299C上规定B1质量等级。
用于航空的进口元器件质量等级应为B-1、JANTX、P级及其以上,目录外是指所选的元器件与型号元器件优选目录列出的元器件的型号、适用标准(质量等级)及生产厂不一致。
选择优选目录外元器件的控制要求选用元器件优选目录外元器件的型号一般不应超出元器件型号总数的30%。
26,3/24/2021,优选目录外元器件的选用控制,2,7,3/24/2021,(3)选择优选目录外元器件的规定选用元器件优选目录外的元器件应按型号有关规定办理,应通过申请、审核和批准,填写选用优选目录外的申请表。
所在系统:
所属设备:
研制阶段:
优选目录外元器件的选用控制,元器件采购,原则:
保证质量,节省经费,尽量集中选择元器件优选目录上列举的生产和供应商实施动态管理、优胜劣汰应该定期跟踪和考察元器件生产及供应商,28,3/24/2021,3/24/2021,29,元器件监制,所谓监制即是到元器件生产单位去对元器件生产过程进行监督。
通过监制能够发现影响元器件固有可靠性的各种薄弱环节,使具有潜在严重缺陷的元器件在生产阶段就予以剔除。
焊接不合格,内引线只是搭接,浴盆曲线:
产品故障率随时间变化的曲线。
A早期失效期,B偶然失效期器,C耗损期器,t,失效率(t),早期故障阶段:
产品投入初期,设计制造中的缺陷,加强管理和筛选剔除。
偶然故障阶段:
投入使用一段时间后,故障率为一常数,出现故障主要由偶然因素引起。
耗损故障阶段:
产品的故障率迅速上升。
很快大批量产品报废。
材料的老化、磨损等。
30,3/24/2021,元器件二次筛选,元器件二次筛选,31,3/24/2021,元器件筛选是指为了
(1)选择具有一定特性的产品
(2)剔除早期失效而对100%元器件进行的一种或几种试验。
元器件的筛选分为一次筛选和二次筛选一次筛选是元器件生产厂出厂前对元器件进行的筛选。
(生产单位)二次筛选(使用单位)筛选按照筛选规范去执行,32,3/24/2021,*航空型号可按需要,其总的批允许不合格率(%)的可供选择范围为15%18%。
元器件二次筛选程序示例,筛选的典型试验,33,3/24/2021,温度循环颗粒碰撞噪声检测老练测试密封性检查,34,3/24/2021,35,3/24/2021,一般要求按型号总体单位制定的筛选规范100的对所用元器件进行二次筛选,某些器件还应按规定送到型号总体单位指定的元器件检验站进行二次筛选。
元器件二次筛选批不合格品率超过规定的比例时,该批元器件不允许装机使用。
36,3/24/2021,军用元器件二次筛选管理要求,元器件破坏性物理分析(DPA),37,3/24/2021,破坏性物理分析(DPA)为检验元器件生产的质量是否满足元器件交付和使用要求而进行的一项重要质量检测工作。
作用:
能发现元器件内部的潜在缺陷,防止有严重缺陷的元器件装机使用,是确保元器件的质量和可靠性的重要手段。
按GJB4027A-2006的要求和方法具体实施.,破坏性物理分析工作实例,元器件的破坏性物理分析(DPA),金焊片的尺寸与芯片不匹配四年的产品存在着批次性的键合缺陷“零克点”,38,3/24/2021,芯片破损有裂纹,元器件的破坏性物理分析(DPA),器件中包括4个单独的管芯,管芯的面积为14mm2,在进行键合试验时,400gf的拉力即把一个管芯拉起,远远低于5000gf的抗剪强度要求,39,3/24/2021,DPA的主要工作项目,40,3/24/2021,外部目检X射线检查颗粒碰撞噪声检测(PIND)密封性检测内部气体成分分析开帽内部目检键合强度试验芯片剪切试验扫描电子显微镜(SEM)检查,DPA能发现的潜在缺陷,41,3/24/2021,各DPA试验项目可以发现的缺陷、可预防的失效模式,DPA的主要试验设备,42,3/24/2021,DPA的主要试验设备,2021,43,3/24/,3/24/2021,44,DPA的主要试验设备,军用元器件DPA管理要求,45,3/24/2021,在研制阶段早期型号总体单位应制定型号元器件破坏性物理分析管理规定。
设备承制方应落实型号DPA管理规定,及时抽样送型号总体单位认可的DPA试验机构进行DPA。
DPA一般应在元器件装机以前完成,航空系统一般在元器件二次筛选后实施DPA.,元器件的失效分析,46,3/24/2021,1目的为了寻找和分析失效元器件的失效部位和失效机理,确定失效原因。
为改进元器件的设计、工艺和使用方法提供依据;明确应采取的纠正措施,以提高元器件的可靠性。
判断元器件的失效是否属于批次性质量问题,为整批报废提供决策依据。
2适用范围对关键的、重要的以及多次出现失效而未找到原因的元器件应进行失效分析,提交专门的失效分析机构或主管部门认可的失效分析机构进行,以便了解元器件失效机理,采取有效纠正措施。
对一般元器件的失效也应组织有关人员进行分析和试验,找出原因,并采取纠正措施。
从外部分析到内部,从非破坏分析到破坏性分析;包括外观检查、电测试、再使用光学、化学、机械、电子等技术分析方法。
元器件外观检查;元器件解剖前电性能检查、密封性试验、PIND;元器件显微鏡观察照相;d.解剖元器件;e.元器件解剖后电性能检查。
航天部门几年来做元器件失效分析总数已达到4000多例,半导体分立器件和集成电路共占总数的72.4,其中因使用不当原因而造成失效的占总比例的50左右。
47,3/24/2021,元器件的失效分析常用的方法,元器件使用管理要求,48,3/24/2021,元器件进行降额使用元器件的失效率与其工作应力直接相关,使元器件实际使用应力低于其规定的额定应力,从而达到降低工作失效率、延长使用寿命的目的。
开展热设计。
温度是影响元器件失效率的重要因素。
考虑元器件的抗辐射问题采用抗辐射加固的半导体器件。
防止元器件的静电损伤,元器件贮存质量管理要求,49,3/24/2021,保管与贮存条件元器件的保管与贮存必须符合规定的保管贮存条件,特别对需要防潮、防腐、防锈、防老化、防静电等有要求的元器件更应妥善保管。
存放要求元器件的库房应分一般库房与受控库房。
库房存放应做到不同品种分类分批存放,库房内应标志明显、存放合理、排列有序、安全、整洁,温湿度应有记录。
超期贮存元器件质量保证,50,3/24/2021,为什么会出现超期贮存的元器件?
为避免元器件(特别是进口元器件)快速更新换代而可能导致的生产“断档”问题,留有较大余量,以解决军工产品生产和降低成本的需要.超过了规定贮存期的元器件,通过规定的检验,仍然能作为合格的产品用于军工产品上。
国军标GJB/Z123-99宇航用电子元器件有效贮存期及超期复验指南规定了超期贮存元器件的质量保证问题,主要适用于宇航用元器件,对其它军工产品用的元器件也可参照采用,超期贮存元器件质量保证,51,3/24/2021,目的发现元器件选用过程中存在的问题,并提出改进意见。
内容检查元器件的选用是否符合优选要求?
检查关键、重要的元器件选用情况是否正确合理?
检查元器件的使用(降额设计、热设计等)是否符合有关规定?
是否按规定进行了元器件验收、二次筛选和DPA?
以及对不合格批的处理?
元器件是否符合规定的元器件贮存期要求?
f.是否对失效元器件进行了失效分析?
52,3/24/2021,元器件的评审,附录:
军用元器件质量保证标准,53,3/24/2021,元器件规范元器件试验标准元器件指导性标准,元器件规范,54,3/24/2021,包括了元器件的总规范和详细规范总规范对某一类元器件的质量控制规定了共性的要求详细规范是对某一类元器件中的一个或一系列型号规定了具体的性能和质量控制要求军用元器件影响较大的总规范,元器件试验标准,55,3/24/2021,对某一类元器件进行试验、测量或分析的指导性技术标准,元器件指导性标准,56,3/24/2021,包括三种第一种是指导电子设备设计的标准(与元器件密切相关),如GJB/Z299C-2006电子设备可靠性预计手册等;第二种是指导元器件选择和使用的标准,如GJB/Z56-94宇航用电子元器件选用指南半导体集成电路等第三种是元器件的系列型谱,如GJB/Z38-93军用电容器系列型谱,元器件指导性标准,57,3/24/2021,作业,58,3/24/2021,简述军用元器件使用质量管理的流程什么是元器件的质量等级与质量保证等级,它们之间有什么关系?
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- 元器件质量与可靠性保证:第5章 元器件使用可靠性控制 元器件 质量 可靠性 保证 使用 控制