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    宇航用電感器和變壓器失效特征

    放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來(lái)源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):111
    核心提示:

      1 引言

      在設(shè)計(jì)宇航用功率電子元器件中,存在著許多風(fēng)險(xiǎn)。為了確保最高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量和可靠性,通常有許多標(biāo)準(zhǔn)被強(qiáng)制應(yīng)用于宇航用元器件的零部件設(shè)計(jì)、制造過(guò)程,以達(dá)到其在使用中失效減到最少的目的。對(duì)于定制的宇航用電磁器件,所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-981《空間飛行用磁性器件設(shè)計(jì)制造要求》。

      雖然宇航用元器件失效的安全和替換費(fèi)用昂貴到無(wú)法估量,但是在工程設(shè)計(jì)中不能過(guò)分強(qiáng)調(diào)其可靠性的重要性。由于應(yīng)用于宇航用的元器件的數(shù)量很少,因此,很難區(qū)分出失效設(shè)計(jì)缺陷、過(guò)應(yīng)力或因?yàn)椴涣嫉碾娮釉骷鸬。為了減少電子元器件的應(yīng)力,每只宇航用功率電子元器件在應(yīng)用設(shè)計(jì)中應(yīng)按工程要求進(jìn)行降額。另外,大量的電子元器件在宇航工程中裝機(jī)之前需逐一進(jìn)行篩選。作為附加安全保險(xiǎn),除了需承受的電應(yīng)力外,工程項(xiàng)目辦公室通常要求進(jìn)行一些附加的分析,包括失效模式和后果、可靠性、最壞條件電路、安全、輻射、維修性、機(jī)械應(yīng)力、熱等。即使在完成了所有這些分析之后,主要元件通常還需在整個(gè)可能的各種工作和非工作情況下進(jìn)行試驗(yàn)。盡管有這些標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)格的試驗(yàn)以及相應(yīng)的高成本,但某些失效仍然會(huì)發(fā)生。

      客觀上,希望知道失效與所進(jìn)行的試驗(yàn)和分析的類型之間是否存在某一種關(guān)系。對(duì)于功率電子元器件,如果能確定某一些試驗(yàn)和分析的性能就能極大地提高任務(wù)的成功率,而不進(jìn)行其他試驗(yàn)和分析;則在試驗(yàn)和分析的選擇上就能給用戶提出較好的建議,而使每一美元的費(fèi)用具有最好的價(jià)值。

      2 研究焦點(diǎn)

      對(duì)于鑒別宇航用元器件失效的機(jī)理的目的,合乎邏輯的做法是關(guān)注關(guān)鍵分立元器件而不是制造成的一個(gè)單元的組件。這種觀點(diǎn)的一個(gè)明顯理由是只設(shè)計(jì)供宇航用的元器件的數(shù)量很少,因而限制了評(píng)價(jià)用的樣品數(shù)量。相反,某些特定的元器件,例如電源電感器和變壓器,是構(gòu)成功率電子元器件結(jié)構(gòu)的基本單元。因此,對(duì)評(píng)價(jià)電感器和變壓器用樣品的合理數(shù)量提出建議是研究的關(guān)注點(diǎn);并合理地認(rèn)為這是兩種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料耐用和技術(shù)成熟的元器件;為此而提出的問(wèn)題是采用多少數(shù)量且按MIL-STD-981的要求進(jìn)行試驗(yàn)才確實(shí)能反映這兩種元器件的可靠性指標(biāo)。

      3 研究途徑

      對(duì)宇航用電感器和變壓器的失效數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析。電感器和變壓器數(shù)據(jù)的主要來(lái)源包括以下幾個(gè)方面:

      a) 美國(guó)政府工業(yè)數(shù)據(jù)交換項(xiàng)目(GIDEP);

      b) 美國(guó)宇航局對(duì)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)可靠性的推薦的規(guī)程:課程學(xué)習(xí)資料;

      c) 磁性元器件制造廠;

      d) 電子元器件篩選試驗(yàn)室,等等;

      3.1 失效數(shù)據(jù)分析

      對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)并可歸為以下幾類:

      a) 失效按來(lái)源分類,即:制造、設(shè)計(jì)、裝機(jī);

      b) 失效按故障類型分類,即:開(kāi)路、短路、特性不合格、其它;

      ● 發(fā)生失效的頻度

      ● 單件數(shù)量

      c) 每年發(fā)生的總失效數(shù);

      d) 由于檢測(cè)方法引起的失效數(shù)。

      3.1.1 失效界定

      從調(diào)查的失效報(bào)告看出,制造、設(shè)計(jì)與裝機(jī)的失效之間的分界線是模糊的。下面的定義是美國(guó)某研究中心擬定的有助于在各種界線之間區(qū)分,并提供分類的一致性。關(guān)于失效,這里采用了最常用的分類方法。

      a) 制造失效主要表現(xiàn)為:

      ● 不合適的制造過(guò)程;

      ● 使用錯(cuò)誤的材料;

      ● 低劣的加工質(zhì)量;

      ● 不正確的裝配;

      ● 不正確的操作——封裝和運(yùn)輸。

      b) 設(shè)計(jì)失效主要表現(xiàn)為:

      ● 基本設(shè)計(jì)缺陷;

      ● 不合適的材料規(guī)范;

      ● 不正確的試驗(yàn)規(guī)范;

      ● 不正確/不合適的裝機(jī)指南。

      c) 裝機(jī)失效主要表現(xiàn)為:

      ● 低劣的裝機(jī)質(zhì)量;

      ● 不合適的連接;

      ● 操作不當(dāng);

      ● 不符合裝機(jī)規(guī)范。

      3.1.2 失效結(jié)果分析

      根據(jù)此分析中使用的有效GIDEP數(shù)據(jù),提出以下意見(jiàn):

      a) 磁性元器件在開(kāi)路模式多于短路模式;

      b) 制造差錯(cuò)引起的失效多于設(shè)計(jì)或裝機(jī)差錯(cuò)引起的失效;

      c)制造技術(shù)的逐年進(jìn)步未顯示出與制造相關(guān)的失效逐年減少;

      d)在溫度循環(huán)試驗(yàn)中失效的元器件多于其他試驗(yàn);

      e)大約20%的失效是在使用中發(fā)生的;

      f)在使用中發(fā)生的失效有多種原因,而絕緣擊穿和不正確的焊點(diǎn)較為普遍。

      3.2 試驗(yàn)順序 信

      由磁性元器件制造廠對(duì)電源變壓器和電源電感器進(jìn)行MIL-STD-981中B組試驗(yàn)的相對(duì)優(yōu)先排序,磁性元器件制造廠通常進(jìn)行一些試驗(yàn),以證實(shí)其產(chǎn)品符合用戶規(guī)范的規(guī)定。這些試驗(yàn)中的某些項(xiàng)目符合MIL-STD-981手冊(cè)的表4-B組電源變壓器和電感器的試驗(yàn)的規(guī)定,如:

      a) 溫度沖擊;

      b)老煉;

      c)密封(適用時(shí));

      d)介質(zhì)耐電壓;

      e)感應(yīng)電壓;

      f)絕緣電阻;

      g)電特性;

      h) X光檢杳;

      i)目檢和尺寸檢查 (外部的)。

      對(duì)磁性元件制造廠進(jìn)行調(diào)查,根據(jù)其試驗(yàn),如何評(píng)價(jià)MIL-STD-981中各試驗(yàn)項(xiàng)目的相對(duì)重要性。被調(diào)查的一些制造廠,按MIL-STD-981 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了試驗(yàn),而另一些則未按規(guī)定進(jìn)行。但對(duì)其數(shù)據(jù)分析后未發(fā)現(xiàn)兩者有明顯的差異。

      3.2.1 調(diào)查結(jié)果

      通過(guò)對(duì)磁性元件制造商的調(diào)查結(jié)果,對(duì)MIL-STD- 981 中各項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目的相對(duì)重要性得出結(jié)論如下:

      a) 根據(jù)用戶應(yīng)用所進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目;

      b)不考慮應(yīng)用,大多數(shù)磁性元器件制造廠將介質(zhì)絕緣和電特性視為最優(yōu)先的試驗(yàn)項(xiàng)目;

      c)密封和X光檢查通常被認(rèn)為是最低限的要求。需要注意在某些

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