商用器件质量保证方法浅析

随着航天型号尤其是商业航天的快速发展，高性能、低成本和短周期成为发展趋势，而宇航级器件虽然可靠性较高，但是相对于商用器件来说性能落后、价格高、生产周期长，不能满足型号需求，因此商用器件的选用不可避免。但商用器件的选用、筛选和考核试验等质量保证措施需要研究才能保证型号应用可靠性。
国外商用器件已有多年航天应用经验，形成了以NASA的PEM-INST-001和EEE-INST-002这两个指南为基础的质量保证方法，国内航天用商用器件也是参考该指南进行针对性保证试验。但是近年来，以Space X 为代表的商业航天公司，提出结合宇航任务实际要求、NASA的规范指南、工业标准以及相关质量保证方法，设计制定针对性的选用、筛选、考核评价和贮存要求，降低周期和成本的同时确保了应用可靠性，并取得了很好的效果，其质量保证策略和方法值得我国航天借鉴。下面简要介绍在选用准入策略、禁限用工艺处理、抗辐射考虑和筛选考核试验流程设计等方面的做法。
1、选用准入策略
在元器件选用上采取基于具体宇航任务应用条件进行适用性分析的原则，认为工业级、汽车级等质量控制水平稳定的商用器件，其可靠性具备商业航天的应用条件，但需要通过针对性的测试试验。另外，结合系统实际工作温度环境，元器件的选用和测试试验中不将工作温度限定在-55℃～+125℃的军温范围，可以按照实际工况设计技术要求。
2、禁限用工艺应对
商用器件经常采用的纯锡引线涂覆及塑料封装，主要的可靠性问题是纯锡容易生长锡须导致短路，塑料封装的吸潮特性引起“爆米花”效应和内部腐蚀，因此国内航天一般认为不适合宇航应用，归为禁限用工艺。而Space X公司认为可以采取风险分析和针对性处理措施缓解这些问题，包括重新涂覆、加厚三防漆保护、“Pinsky算法”分析、电装前烘焙、干燥贮存等，因此在特定应用条件下可以使用。
3、抗辐射考虑
商用器件一般没有抗辐射指标，但不说明其不具备抗辐射能力。从机理上来说，随着器件电压越来越低、工艺尺寸越来越小，抗电离总剂量和抗单粒子锁定的能力会越来越强。Space X公司在客观分析火箭发射和低轨道货运任务阶段的开机时间和空间环境特点，结合以往经验，对辐射效应引起任务失败的风险进行评估，认为只需要进行筛选和考核试验，器件就可以使用。截至目前Space X的商业航天任务中，尚没有出现因辐射效应引起失效的相关报道。
4、试验方案设计
宇航元器件有一套完整的质量保证体系，随之带来的是成本大幅提高，而Space X在试验流程、项目、条件的设置方面，裁减了非必要试验项目，降低试验应力条件，结合单机、单板应用条件设计板级筛选、考核试验，减少或合并抽样数量。但针对商用器件的特点，增加相应考核，如在塑料封装上，增加潮湿敏感性分级测试、加电温度循环、板级振动试验、涂三防漆保护和蒸煮试验等。来源：航天元器件

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