DPA在繼電器質(zhì)量控制中的應(yīng)用研究

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(貴州航天電器股份有限公司，550009)

1 引言

破壞性物理分析(DPA Destructive Physical Analysis),是指為驗(yàn)證元器件設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、材料、制造質(zhì)量是否滿足預(yù)定用途和有關(guān)規(guī)范要求，以及是否滿足元器件規(guī)定的可靠性和保障性，而對(duì)元器件樣品進(jìn)行解剖，以及解剖前后進(jìn)行的一系列檢驗(yàn)和分析的全過程。DPA分析在國(guó)內(nèi)航空、航天領(lǐng)域普遍使用，是一種在系統(tǒng)裝機(jī)前保障元器件質(zhì)量，有效識(shí)別缺陷，提升系統(tǒng)可靠性的分析手段。

破壞性物理分析(DPA)試驗(yàn)是一項(xiàng)需要花費(fèi)較多時(shí)間、人力、物力的工作，如何通過開展有效分析來識(shí)別產(chǎn)品缺陷，具有重要意義。本文結(jié)合繼電器在破壞性物理分析(DPA)分析試驗(yàn)過程的一些案例進(jìn)行分析。

2 繼電器破壞性物理分析(DPA)開 展的必要性

評(píng)價(jià)繼電器的質(zhì)量水平常見的方式有過程檢驗(yàn)、篩選、質(zhì)量一致性檢驗(yàn)、失效分析及DPA分析等。在繼電器的壽命周期內(nèi)，各檢測(cè)方法評(píng)價(jià)方式不同，其評(píng)價(jià)效果不同。

破壞性物理分析(DPA)在衡量元器件的質(zhì)量水平、一致性、可靠性以及生產(chǎn)過程控制能力方面都有著獨(dú)特的分析優(yōu)勢(shì)，對(duì)保障元器件的可靠性具有其他檢驗(yàn)、試驗(yàn)手段無法替代的作用。由于繼電器自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜因素，一般分析手段無法直觀、深入的發(fā)現(xiàn)問題，采取破壞性物理分析(DPA)可以發(fā)現(xiàn)潛在的材料、結(jié)構(gòu)、工藝及過程控制方面存在的缺陷，保證繼電器質(zhì)量。

目前，破壞性物理分析(DPA)在繼電器上的主要應(yīng)用以下幾個(gè)方面：

1)關(guān)鍵過程的質(zhì)量監(jiān)控及半成品的質(zhì)量分析與控制

軍用電磁繼電器線圈繞制過程中采用線圈部件開展破壞性物理分析(DPA)。

2)篩選檢驗(yàn)過程失效分析

針對(duì)篩選、檢驗(yàn)過程典型失效模式樣品開展破壞性物理分析(DPA)。

3)成品隨機(jī)抽樣分析

七專及以上等級(jí)繼電器，每批次隨機(jī)抽取2只合格產(chǎn)品開展破壞性物理分析(DPA)。

4)交付驗(yàn)收抽樣分析

繼電器在交付驗(yàn)收過程中，根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)文件及用戶協(xié)議要求外送第三方資質(zhì)單位或在用戶的監(jiān)督下開展破壞性物理分析(DPA)。

3 繼電器破壞性物理分析(DPA)技 術(shù)要求

根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)文件及用戶協(xié)議要求所進(jìn)行的破壞性物理分析(DPA)技術(shù)要求見表1。

表1 繼電器破壞性物理分析(DPA)技術(shù)要求

4 繼電器破壞性物理分析(DPA)中 典型案例分析

4.1 觸點(diǎn)起皮

圖1 觸點(diǎn)鍍層起皮

GJB4027A中對(duì)于觸點(diǎn)和引出端的判別，主要考核指標(biāo)是鍍層的毛刺、裂紋和起皮，并且明確以采用1.2N的力探測(cè)時(shí)是否可活動(dòng)作為合格與否的判據(jù)。如圖1所示，樣品觸點(diǎn)零件存在微小鍍層起皮，直接暴露出零件電鍍過程控制存在異常，且存在脫落后形成可動(dòng)金屬多余物的風(fēng)險(xiǎn)，屬不合格范疇，而不能簡(jiǎn)單采用力探測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)來衡量。

4.2 絕緣片燒蝕

GJB4027A中對(duì)于規(guī)定外的零件(內(nèi)部輔助材料)未有明確的判別要求。如圖2所示，該絕緣片作為繼電器內(nèi)部機(jī)構(gòu)與殼體絕緣的關(guān)鍵零件，因激光熔封過程裝夾不到位導(dǎo)致的激光漏光燒蝕，雖未產(chǎn)生明顯多余物，但對(duì)整個(gè)繼電器內(nèi)部氣氛形成有機(jī)物污染，影響觸點(diǎn)的接觸可靠性。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在異常，暴露出的是裝配過程工藝水平存在的不足，是否批次性質(zhì)量問題，有待進(jìn)一步分析。

4.3 線圈包扎層多余物

圖3 不可動(dòng)纖維多余物

GJB4027A中對(duì)于多余物的判別，僅限于內(nèi)部散落的金屬或非金屬多余物，或有散落的聚四氟乙烯絕緣材料或其他絕緣材料或纖維材料。對(duì)于不可動(dòng)多余物的判別未作規(guī)定。因此，筆者認(rèn)為該項(xiàng)條款有必要進(jìn)一步明確，可以理解為“對(duì)于繼電器內(nèi)部存在的，非繼電器功能實(shí)現(xiàn)所必需材料，均應(yīng)歸納為多余物范疇”。從全過程質(zhì)量控制的角度來看，類似圖3中不可動(dòng)多余物的產(chǎn)生，恰恰表明整個(gè)裝配過程多余物管控措施存在的不足，在一定程度上反映的是繼電器的多余物控制的工藝水平。因此，筆者認(rèn)為針對(duì)上述問題，可以判定為不合格。

4.4 熔焊拉脫試驗(yàn)

GJB4027A中對(duì)于線圈架的熔焊拉脫試驗(yàn)，主要考核的是在強(qiáng)力學(xué)環(huán)境下支架焊點(diǎn)部位的承載力。但考慮到繼電器功率、體積的差異，其內(nèi)部線圈組件的重量，線圈架的零件尺寸及焊接面積不同，所承受的拉脫力存在較大的差異。筆者認(rèn)為該項(xiàng)考核指標(biāo)不應(yīng)局限于拉力的具體數(shù)值，金屬間的焊接強(qiáng)度也可通過破壞性檢查之后，對(duì)焊點(diǎn)部位的熔核(金屬間的互熔)程度進(jìn)行確認(rèn)。通常在20倍顯微鏡下檢查焊點(diǎn)部位，存在金屬件熔融粘附的，可判斷為合格；金屬間無任何熔核痕跡則判斷為不合格。

5 改進(jìn)建議

隨著繼電器技術(shù)的不斷發(fā)展，新材料，新技術(shù)的應(yīng)用導(dǎo)致其失效模式和機(jī)理與以往有所不同。因此，作為評(píng)價(jià)繼電器可靠性方式之一，破壞性物理分析(DPA)不能一成不變，無論是檢查方法和失效判據(jù)，都應(yīng)根據(jù)元器件的制造工藝和使用狀況的變化而進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，才能確保分析的準(zhǔn)確性。

5.1 顯微鏡放大倍數(shù)提升

GJB4027A中規(guī)定內(nèi)部目檢采用20倍顯微鏡，受分辨率、景深及放大倍率的限制，對(duì)異常缺陷難以發(fā)現(xiàn)，已不能有效滿足現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展。從前期繼電器失效模式的統(tǒng)計(jì)情況來看，能夠引起觸點(diǎn)組失效的有機(jī)物，往往要采用40倍以上才能確認(rèn)。

5.2 掃描電子顯微鏡(SEM)的應(yīng)用

掃描電子顯微鏡(SEM)的應(yīng)用，尤其是針對(duì)精密繼電器的分析，對(duì)發(fā)現(xiàn)的異常缺陷可更為全面的進(jìn)行判別，極大地提高了破壞性物理分析(DPA)方法的準(zhǔn)確性，有效避免誤判，漏判問題的發(fā)生。同時(shí)，專業(yè)的分析結(jié)論與定位有助于對(duì)異常缺陷的判斷，以及失效模式的改進(jìn)。

5.3 完善判據(jù)

GJB4027A中對(duì)于繼電器的失效判據(jù)需進(jìn)一步細(xì)化，對(duì)可能出現(xiàn)的缺陷需進(jìn)一步完善。如線圈架拉脫試驗(yàn)、裝配過程帶入的不可動(dòng)多余物等問題，需進(jìn)一步細(xì)化。

破壞性物理分析(DPA)的分析，結(jié)合現(xiàn)有失效模式和不足，經(jīng)充分論證確認(rèn)，同時(shí)廣泛征求業(yè)界的意見，可制定出有針對(duì)性的標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

破壞性物理分析(DPA)是防止有明顯缺陷或潛在缺陷的元器件裝機(jī)使用，保證整機(jī)環(huán)境可靠性的重要手段。本文結(jié)合繼電器DPA案例分析，提出判定原則；另外根據(jù)產(chǎn)品的工藝與技術(shù)發(fā)展情況，對(duì)DPA分析檢測(cè)手段和檢測(cè)工具提出改進(jìn)建議，確保DPA分析可操作性更強(qiáng)，判據(jù)更準(zhǔn)確，以適應(yīng)元器件制造及航天型號(hào)可靠性不斷提升要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] GJB4027A-2006.軍用電子元器件破壞性物理分析方法.總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部出版，2006.10

[2] GJB65B-99.有可靠性指標(biāo)的電磁繼電器總規(guī)范. 國(guó)防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部出版，1999.3