劉靚燕

摘 要：目前，國(guó)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(hào)高可靠性的要求。因此，需要航天企業(yè)的整機(jī)用戶在元器件的選擇、采購(gòu)、篩選、檢測(cè)和使用等過(guò)程中，加強(qiáng)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(duì)航天型號(hào)配套電子元器件的特點(diǎn)和航天科技集團(tuán)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(guò)元器件工程師來(lái)提高元器件選型匹配度，加強(qiáng)對(duì)元器件選用的控制，完成元器件國(guó)產(chǎn)化替代工作。這樣做的意義在于加強(qiáng)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(hào)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(hào)研制生產(chǎn)任務(wù)順利進(jìn)行。

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

中圖分類號(hào)：V243 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(jī)的組成細(xì)胞，是保證設(shè)備高可靠的基本單元。元器件的性能指標(biāo)、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(jī)的技術(shù)性能、研制過(guò)程、后勤保障能力。隨著國(guó)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(duì)元器件的質(zhì)量等級(jí)要求也越來(lái)越高，比如，要求工作溫度范圍為-55～+125 ℃，滿足抗沖擊和振動(dòng)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(lái)保障。航天型號(hào)（導(dǎo)彈、運(yùn)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(dá)到130 000只。一個(gè)小小的電子元器件可能會(huì)給相關(guān)工程造成致命的影響。比如，我國(guó)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(dǎo)致降落傘無(wú)法打開(kāi)，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(jì)、原材料選用、工藝、生產(chǎn)制造等過(guò)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(duì)元器件的選擇、采購(gòu)、篩選、檢測(cè)和使用等過(guò)程中的質(zhì)量控制所決定的。

近幾年，航天型號(hào)使用的電子元器件失效分析的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，電路設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和元器件應(yīng)用不當(dāng)占了故障原因的80%。舉幾個(gè)簡(jiǎn)單例子：①一個(gè)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(jī)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(hào)線的一個(gè)電感換成磁珠就好了，于是，就改了BOM單大肆生產(chǎn)了?？雌饋?lái)磁珠似乎與電感的特性是相同的，事實(shí)上，磁珠表現(xiàn)的是一個(gè)隨頻率變化的電阻特性，是消耗性的，而電感是儲(chǔ)能特性，是儲(chǔ)存性的削峰填谷。從結(jié)果看似乎更換器件后沒(méi)問(wèn)題，但其實(shí)沒(méi)有明白真正的元器件機(jī)理。設(shè)計(jì)電路，要對(duì)電路和元器件刨根究底。③比如降額，幾乎所有設(shè)計(jì)師都說(shuō)“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(shí)，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(hào)元器件的質(zhì)量，一方面，需要加強(qiáng)元器件生產(chǎn)過(guò)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(qiáng)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(hào)使用的電子元器件的質(zhì)量和可靠性滿足型號(hào)全壽命周期的質(zhì)量和可靠性要求而采取的各項(xiàng)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(guó)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(jì)70年代開(kāi)始，我國(guó)國(guó)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(jì)70年代末期實(shí)施的“七專”（專人、專機(jī)、?？啤Ｅ?、專檢、專技、?？ǎ┵|(zhì)量控制。20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始準(zhǔn)備，20世紀(jì)90年至今逐步實(shí)施的貫徹國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)（簡(jiǎn)稱“貫標(biāo)”）等措施，都對(duì)提高國(guó)產(chǎn)軍用元器件的固有可靠性起到了積極的推動(dòng)作用。

到20世紀(jì)90年代開(kāi)始實(shí)施“五統(tǒng)一”元器件質(zhì)量管理，即統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一定貨、統(tǒng)一驗(yàn)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(guò)程質(zhì)量保證的7個(gè)重要環(huán)節(jié)歸納為“統(tǒng)一選用、統(tǒng)一采購(gòu)、統(tǒng)一監(jiān)制與驗(yàn)收、統(tǒng)一篩選與復(fù)驗(yàn)、統(tǒng)一失效分析”，所以，現(xiàn)在的“五統(tǒng)一”實(shí)際上包括了元器件的選用、采購(gòu)、監(jiān)制、驗(yàn)收、篩選、復(fù)驗(yàn)和失效分析7個(gè)環(huán)節(jié)，具體情況如圖1所示。這項(xiàng)工作由航天型號(hào)任務(wù)的抓總單位，即總體院統(tǒng)一組織實(shí)施。

“五統(tǒng)一”將“統(tǒng)一選用”放在首位。這說(shuō)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(wèn)題是多頭管理、職責(zé)不清，元器件標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)尚不完善，元器件生產(chǎn)單位對(duì)元器件固有質(zhì)量的保證不到位，固有質(zhì)量問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，元器件批次性質(zhì)量問(wèn)題嚴(yán)重影響航天型號(hào)的研制生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

各型號(hào)總體院建立了元器件可靠性保證分中心，主要承擔(dān)監(jiān)制驗(yàn)收、復(fù)驗(yàn)篩選、失效分析等保證工作，并采用補(bǔ)充篩選、破壞性物理分析（DPA）、質(zhì)量問(wèn)題歸零、信息通報(bào)、元器件專題評(píng)審等技術(shù)和管理方法保證裝機(jī)元器件質(zhì)量及其可靠性。之后，再通過(guò)整機(jī)老煉、系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行等措施進(jìn)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(wèn)題。

現(xiàn)階段，對(duì)國(guó)產(chǎn)元器件的監(jiān)制、驗(yàn)收和補(bǔ)充篩選方面提出了更加嚴(yán)格的要求，而NASA標(biāo)準(zhǔn)中并未規(guī)定需要下廠監(jiān)制，ESA標(biāo)準(zhǔn)中未見(jiàn)要做補(bǔ)充篩選。這些額外的質(zhì)量保證工作增加了航天型號(hào)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(dǎo)體器件，近年來(lái)，它已逐步擴(kuò)大至電容器、繼電器等。但是，NASA和ESA到貨檢驗(yàn)或超期復(fù)驗(yàn)需要進(jìn)行DPA的元器件有10多種。由此可見(jiàn)，我國(guó)要將DPA擴(kuò)大至所有關(guān)鍵元器件還有很長(zhǎng)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(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師很重視元器件選型這項(xiàng)工作。術(shù)業(yè)有專攻，型號(hào)設(shè)計(jì)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(jì)師所掌握的知識(shí)非常多，信息量非常大。雖然元器件原理本身看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但是，這些原理都是高度理想化的模型，現(xiàn)實(shí)中的元器件遠(yuǎn)比這些模型原理復(fù)雜。而且元器件種類千千萬(wàn)萬(wàn)，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(hào)設(shè)計(jì)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(jì)師們往往關(guān)注的是元器件的標(biāo)稱值，而在種類的選擇上往往有所欠缺。在實(shí)際使用中，對(duì)一個(gè)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(shí)，在電阻器的涂料中，某些揮發(fā)性材料可能會(huì)出現(xiàn)所謂的“排氣”過(guò)程，所以，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到這種情況。半導(dǎo)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(jià)格、交貨周期、信譽(yù)等，優(yōu)先考慮選用優(yōu)選目錄中的元器件。設(shè)計(jì)師有時(shí)沒(méi)有考慮這些因素，所以，選型考慮時(shí)常與物資部有沖突，有時(shí)還利用設(shè)計(jì)部門的技術(shù)強(qiáng)勢(shì)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(chǎng)狀況，考慮綜合因素。因此，相關(guān)部門要在設(shè)計(jì)師與物資計(jì)劃采購(gòu)之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)。

元器件工程師還有一個(gè)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(zé)。在完成可靠性檢測(cè)工作時(shí)，要采取一定的技術(shù)措施，包括降額、熱設(shè)計(jì)、防靜電和防輻射等要求，并與可靠性中心進(jìn)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(guó)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(jì)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(guó)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(hào)的方案階段就開(kāi)始抓元器件選用控制。同時(shí)，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(kāi)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(dǎo)設(shè)計(jì)人員正確選用元器件。這是電路設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)后國(guó)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(biāo)、可獲得性和經(jīng)濟(jì)性

④在滿足型號(hào)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(guó)產(chǎn)化替代工作

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2013年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模3 200億美元，全球54%的集成電路出口到我國(guó)。而國(guó)外元器件存在停產(chǎn)斷檔、限制出口與禁運(yùn)、存在安全隱患和假冒偽劣等問(wèn)題，這嚴(yán)重影響了我國(guó)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(kāi)展了八院各領(lǐng)域型號(hào)用停產(chǎn)、禁運(yùn)進(jìn)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(hào)用停產(chǎn)、禁運(yùn)進(jìn)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(yùn)元器件信息，涉及84家國(guó)外元器件生產(chǎn)廠，停產(chǎn)或可能停產(chǎn)（控制等級(jí)：黃色）569種，禁運(yùn)或可能禁運(yùn)（控制等級(jí)：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(guó)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(shì)，還要熟悉國(guó)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(hào)的基本情況、技術(shù)特點(diǎn)及其對(duì)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(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)、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(qiáng)的責(zé)任心，必須是專業(yè)知識(shí)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(yùn)行的潤(rùn)滑劑。

3 質(zhì)量保證工作特點(diǎn)和問(wèn)題分析

3.1 航天型號(hào)配對(duì)電子元器件的特點(diǎn)

在航天型號(hào)使用的數(shù)以萬(wàn)計(jì)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(gè)航天型號(hào)任務(wù)發(fā)射失利或者不能正常運(yùn)行。因此，要想提高航天型號(hào)的質(zhì)量和可靠性，確保航天型號(hào)任務(wù)的成功，就必須保證航天型號(hào)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(kāi)展，對(duì)元器件的要求也越來(lái)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(hào)衛(wèi)星是我國(guó)首顆分辨率達(dá)到1 m的C頻段多極化合成孔徑雷達(dá)（SAR）衛(wèi)星。這顯著提升了我國(guó)對(duì)地遙感觀測(cè)能力。2016-08-16，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，名為“墨子號(hào)”的世界第一顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射成功，在軌運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了國(guó)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(lái)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(wèn)題

建立科學(xué)、合理、有效運(yùn)行的電子元器件質(zhì)量保證體系，是確保型號(hào)配套電子元器件的質(zhì)量和可靠性，保證航天型號(hào)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(wèn)題是：集團(tuán)公司、院層面沒(méi)有明確的部門負(fù)責(zé)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(zé)分散在質(zhì)量部門、物資部門、項(xiàng)目管理部門和設(shè)計(jì)師系統(tǒng)，職責(zé)不清。元器件的選用控制權(quán)基本在設(shè)計(jì)師系統(tǒng)，而物資管理部、質(zhì)量管理部門對(duì)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(wèn)題時(shí)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(jì)

電子元器件質(zhì)量保證機(jī)構(gòu)可分級(jí)設(shè)立，以院級(jí)為主，具體可在集團(tuán)公司層面設(shè)立相應(yīng)的管理機(jī)構(gòu)，在院層面設(shè)立管理機(jī)構(gòu)和技術(shù)支撐機(jī)構(gòu)。電子元器件質(zhì)量保證機(jī)構(gòu)分級(jí)情況如圖5所示。比如，按型號(hào)成立元器件項(xiàng)目辦，在層面型號(hào)隊(duì)伍中設(shè)立元器件質(zhì)量保證的技術(shù)隊(duì)伍，設(shè)立元器件項(xiàng)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(jì)方面的專家，又是元器件方面的專家，負(fù)責(zé)型號(hào)配套元器件的設(shè)計(jì)選用指導(dǎo)、咨詢，負(fù)責(zé)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(tuán)公司型號(hào)物資工作體系建設(shè)的重要內(nèi)容之一。2004年，集團(tuán)公司成立了物資管理辦公室，明確集團(tuán)公司航天電子元器件質(zhì)量保證相關(guān)工作由其負(fù)責(zé)。航天電子元器件質(zhì)量保證工作的主要環(huán)節(jié)如見(jiàn)圖6所示。

加強(qiáng)對(duì)規(guī)范元器件的設(shè)計(jì)選用，加強(qiáng)過(guò)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(hào)方案階段，由元器件工程師指導(dǎo)、設(shè)計(jì)，盡量選用那些經(jīng)型號(hào)飛行試驗(yàn)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(shí)、價(jià)格合理、信守合同、有成功合作經(jīng)歷的供應(yīng)商。當(dāng)型號(hào)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(shí)，需要及時(shí)剔除，并積極尋找替代產(chǎn)品。

在設(shè)計(jì)航天型號(hào)配套電子元器件保證工作體系時(shí)，通過(guò)設(shè)立型號(hào)元器件項(xiàng)目辦，統(tǒng)籌考慮，整體布局，監(jiān)督、檢查、指導(dǎo)型號(hào)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(hào)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(hào)研制生產(chǎn)任務(wù)順利進(jìn)行。

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〔編輯：白潔〕