塑封器件在宇航環(huán)境應(yīng)用的可靠性研究

董佩佩 游君

摘 要：伴隨社會經(jīng)濟(jì)的快速化發(fā)展，科學(xué)技術(shù)在此背景下，呈現(xiàn)出迅猛的發(fā)展勢頭，航空航天領(lǐng)域作為許多新技術(shù)、新理念應(yīng)用的前沿陣地，其發(fā)展好壞直接影響其它領(lǐng)域或產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在航天器設(shè)計過程中，難免會遇到無高等級器件可用，而不得以選擇商用塑封器件的狀況。本文結(jié)合當(dāng)前實(shí)況，以塑封器件為例，就其在宇航環(huán)境中應(yīng)用的可靠性作一探討。

關(guān)鍵詞：塑封器件;宇航環(huán)境;可靠性

伴隨航空業(yè)內(nèi)對航天器技術(shù)性能、指標(biāo)或相關(guān)要求的持續(xù)提高，難以避免的會遇到?jīng)]有或者采購不到所需型號、要求的高可靠性器件的情況;現(xiàn)階段，此種狀況無論是在國內(nèi)，還是在國外，都呈現(xiàn)出不斷增多趨勢。針對商用塑封器件而言，其憑借可獲得性好、品種多樣、重量輕即尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，而受到設(shè)計師的廣泛青睞。若能將此器件應(yīng)用在航天領(lǐng)域，無論是在縮短設(shè)備研制周期上，還是在促進(jìn)設(shè)備小型化上，均能發(fā)揮重要作用。但商用塑封器件在可靠性方面，存在著比較大的差異性，如果盲目性或無精選性的采購塑封器件，并將其用在航天領(lǐng)域，那么會帶來許多難以預(yù)知的風(fēng)險。所以，需依據(jù)應(yīng)用條件與環(huán)境，制定能夠切實(shí)滿足航天需要的質(zhì)量保證方案。

1.商用塑封器件的基本特點(diǎn)

針對商用塑封器件來講，其有著比較短的設(shè)計周期，難以確保設(shè)計的優(yōu)質(zhì)性，一些地方可能因設(shè)計不到位或存在缺陷，而存在安全隱患;而針對高等級器件而言，其在剛開始設(shè)計時，便秉持軍用器件的基本設(shè)計原則，而且在設(shè)計過程中還進(jìn)行了反復(fù)性的驗證;因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，對那些與高等級器件可靠性相關(guān)的環(huán)節(jié)進(jìn)行控制（比如生產(chǎn)工藝、原材料等），是整個設(shè)計工作的重心與基礎(chǔ)，都是強(qiáng)制要求，而且都由政府進(jìn)行管控與監(jiān)督。所以，高等級器件有著較好的穩(wěn)定性及質(zhì)量一致性;而對于商用塑封器件，則有著比較差的質(zhì)量一致性;還需要指出的是，即便是標(biāo)識有統(tǒng)一日期碼的商用塑封器件，其在具體的芯片版圖上，可能會存在差異。另外，還需說明的是，器件的輻射敏感性無關(guān)于器件的質(zhì)量等級，但與器件的基本工藝、設(shè)計版圖及制造材料之間，卻緊密相關(guān)。經(jīng)既往輻照試驗研究得知，塑封材料輻射不敏感，器件在具體的輻射效應(yīng)上，與封裝形式之間，并沒有明顯關(guān)聯(lián)。將商用塑封器件應(yīng)用在空間環(huán)境中的最大難題就是輻射數(shù)據(jù)不多，尤其是器件的開封難，因而難以高效開展單粒子試驗。

2.保證商用塑封器件可靠性質(zhì)量的基本方法

2.1結(jié)構(gòu)分析

針對元器件而言，其自身所具有的可靠性，主要由兩方面來決定，其一為生產(chǎn)控制，其二是結(jié)構(gòu)設(shè)計;由于元器件結(jié)構(gòu)當(dāng)中囊括了大量且十分重要的可靠性信息，如工藝選擇的合理性及結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性等。若工藝控制中有缺陷，或者是在結(jié)構(gòu)設(shè)計層面存在不合理的地方，那么便會降低元器件的固有可靠性;如果器件的此些固有可靠性存在降低的情況，那么由其所引發(fā)的各類問題，在實(shí)際使用中才能被發(fā)現(xiàn)，這便會增大工程處理難度，甚至還會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失;若能在選用此些元器件之前，便進(jìn)行詳細(xì)對比，知曉其結(jié)構(gòu)及工藝特點(diǎn)，了解其缺陷或不足，那么便能夠較好的避免損失。

對于商用器件而言，其有著較快的更新?lián)Q代速度，即便器件的型號相同，其在具體的芯片版圖上，也會存在差異，因此，可借助結(jié)構(gòu)分析法，來深入分析版圖的變化情況。需要指出的是，商用塑封器件設(shè)計之初的服務(wù)對象并非航天等有著較高可靠性應(yīng)用要求的領(lǐng)域，所以便可能出現(xiàn)不合理、不合規(guī)的工藝材料或設(shè)計，對此，積極開展結(jié)構(gòu)分析工作，十分必要與迫切。開展結(jié)構(gòu)分析的最主要目的就是對器件的材料、結(jié)構(gòu)、設(shè)計思路與空間應(yīng)用要求是否滿足予以明確。

2.2篩選試驗

之所以要進(jìn)行篩選，主要目的就是將那些失效產(chǎn)品給剔除掉，以及對其可靠性水平進(jìn)行驗證;而對于篩選試驗而言，其雖然無法促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量等級的提升，但其對產(chǎn)品批可靠性水平的提升，卻起到重要作用。將篩選試驗當(dāng)作選出高可靠性要求元器件的首選方法，雖然是一個可行策略，但當(dāng)前并未明確篩選試驗的標(biāo)準(zhǔn)方法。所選用的篩選試驗方法妥當(dāng)與否，對于低等級元器件能否在高可靠領(lǐng)域中應(yīng)用，起到?jīng)Q定作用，其驗證意義重大。所以，需要選擇合理、實(shí)用且高效的篩選試驗方法。針對篩選的判斷及試驗項目來講，需依據(jù)商用器件的基本特點(diǎn)來開展。不僅要將以CMOS工藝狀態(tài)穩(wěn)定性為對象的多次、靜態(tài)老煉試驗要求作為重點(diǎn)外，還需將商用器件批次一致性所對應(yīng)的電參數(shù)統(tǒng)計評價要求也作為重點(diǎn)內(nèi)容。

2.3考核試驗分析

對于考核試驗來考量，多為加速將器件設(shè)計層面、制造層面中缺陷暴露出來的試驗，其主要目的就是對器件整批次的可靠性進(jìn)行考核，而在考核的具體項目上，主要有工作可靠性、環(huán)境及封裝等。

2.4輻射性能評估

需要強(qiáng)調(diào)的是，商用器件的設(shè)計用途并非是空間應(yīng)用，因此，在實(shí)際設(shè)計時，并沒有將宇航空間環(huán)境應(yīng)用考慮在內(nèi);另外，由于商用器件有著比較快的換代、更新速度，一些已有的數(shù)據(jù)隨著時間的推移，可能已不適用當(dāng)前的應(yīng)用需要。針對衛(wèi)星來講，其在空間輻射環(huán)境中工作，對此，在衛(wèi)星中應(yīng)用商用器件，需要將輻射問題考慮在內(nèi)，而且還需確保所用商用器件在衛(wèi)星壽命未到之前，不會由于輻射所致性能退化，而降低衛(wèi)星性能。另外，依據(jù)輻射環(huán)境的各項要求，需要有針對性、目的性的對器件開展輻射效應(yīng)評估，包含單粒子效應(yīng)評估、位移效應(yīng)評估及總劑量效應(yīng)評估。通過已獲取足夠多的輻射試驗數(shù)據(jù)，那么便能分析并評估數(shù)據(jù);如果并無充足的輻射數(shù)據(jù)，那么需要根據(jù)實(shí)際情況，開展輻射敏感性分析。

3.結(jié)語

綜上，如果將那些可靠性保證比較缺乏的商用塑封器件應(yīng)用在宇航空間領(lǐng)域，那么會存在較大風(fēng)險，所以，需要對所選擇的商用塑封器件，開展全面、深入的風(fēng)險評估，并積極制定各項措施，最大程度減降風(fēng)險的發(fā)生。要想保證商用塑封器件的質(zhì)量，通常需要包含抗輻射性能評估、考核試驗、篩選試驗及結(jié)構(gòu)分析等;需基于器件已有試驗，圍繞將選擇的商用塑封器件，制定切實(shí)可行的質(zhì)量保證措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳學(xué)永， 張曉光， 陳杰. 宇航環(huán)境電連接器的失效機(jī)理及應(yīng)用研究[J]. 測控技術(shù)， 2017（2）：154-156.

[2]吳麗， 劉鑒瑩. 進(jìn)口工業(yè)級塑封器件使用可靠性保證措施研究[J]. 電子質(zhì)量， 2018（12）：36-39.

[3]楊城， 馬清桃. 塑封器件的外部目檢方法與判據(jù)研究[J]. 電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗， 2017， 32（5）：32-36.