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1 引言
在設計宇航用功率電子元器件中，存在著許多風險。為了確保最高標準的質(zhì)量和可靠性，通常有許多標準被強制應用于宇航用元器件的零部件設計、制造過程，以達到其在使用中失效減到最少的目的。對于定制的宇航用電磁器件，所依據(jù)的標準是美國標準MIL-STD-981《空間飛行用磁性器件設計制造要求》。
雖然宇航用元器件失效的安全和替換費用昂貴到無法估量，但是在工程設計中不能過分強調(diào)其可靠性的重要性。由于應用于宇航用的元器件的數(shù)量很少，因此，很難區(qū)分出失效設計缺陷、過應力或因為不良的電子元器件所引起的。為了減少電子元器件的應力，每只宇航用功率電子元器件在應用設計中應按工程要求進行降額。另外，大量的電子元器件在宇航工程中裝機之前需逐一進行篩選。作為附加安全保險，除了需承受的電應力外，工程項目辦公室通常要求進行一些附加的分析，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、機械應力、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可能的各種工作和非工作情況下進行試驗。盡管有這些標準、嚴格的試驗以及相應的高成本，但某些失效仍然會發(fā)生。
客觀上，希望知道失效與所進行的試驗和分析的類型之間是否存在某一種關系。對于功率電子元器件，如果能確定某一些試驗和分析的性能就能極大地提高任務的成功率，而不進行其他試驗和分析;則在試驗和分析的選擇上就能給用戶提出較好的建議，而使每一美元的費用具有最好的價值。
2 研究焦點
對于鑒別宇航用元器件失效的機理的目的，合乎邏輯的做法是關注關鍵分立元器件而不是制造成的一個單元的組件。這種觀點的一個明顯理由是只設計供宇航用的元器件的數(shù)量很少，因而限制了評價用的樣品數(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，對評價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注點;并合理地認為這是兩種結(jié)構(gòu)簡單、材料耐用和技術(shù)成熟的元器件;為此而提出的問題是采用多少數(shù)量且按MIL-STD-981的要求進行試驗才確實能反映這兩種元器件的可靠性指標。
3 研究途徑
對宇航用電感器和變壓器的失效數(shù)據(jù)進行收集和分析。電感器和變壓器數(shù)據(jù)的主要來源包括以下幾個方面：
a) 美國政府工業(yè)數(shù)據(jù)交換項目(GIDEP);
b) 美國宇航局對設計和試驗可靠性的推薦的規(guī)程：課程學習資料;
c) 磁性元器件制造廠;
d) 電子元器件篩選試驗室，等等;
3.1 失效數(shù)據(jù)分析
對收集的數(shù)據(jù)進行評價并可歸為以下幾類：
a) 失效按來源分類，即：制造、設計、裝機;
b) 失效按故障類型分類，即：開路、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) 由于檢測方法引起的失效數(shù)。
3.1.1 失效界定
從調(diào)查的失效報告看出，制造、設計與裝機的失效之間的分界線是模糊的。下面的定義是美國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：
● 不合適的制造過程;
● 使用錯誤的材料;
● 低劣的加工質(zhì)量;
● 不正確的裝配;
● 不正確的操作——封裝和運輸。
b) 設計失效主要表現(xiàn)為：
● 基本設計缺陷;
● 不合適的材料規(guī)范;
● 不正確的試驗規(guī)范;
● 不正確/不合適的裝機指南。
c) 裝機失效主要表現(xiàn)為：
● 低劣的裝機質(zhì)量;
● 不合適的連接;
● 操作不當;
● 不符合裝機規(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：
a) 磁性元器件在開路模式多于短路模式;
b) 制造差錯引起的失效多于設計或裝機差錯引起的失效;
c)制造技術(shù)的逐年進步未顯示出與制造相關的失效逐年減少;
d)在溫度循環(huán)試驗中失效的元器件多于其他試驗;
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較為普遍。
3.2 試驗順序 信
由磁性元器件制造廠對電源變壓器和電源電感器進行MIL-STD-981中B組試驗的相對優(yōu)先排序，磁性元器件制造廠通常進行一些試驗，以證實其產(chǎn)品符合用戶規(guī)范的規(guī)定。這些試驗中的某些項目符合MIL-STD-981手冊的表4-B組電源變壓器和電感器的試驗的規(guī)定，如：
a) 溫度沖擊;
b)老煉;
c)密封(適用時);
d)介質(zhì)耐電壓;
e)感應電壓;
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)。
對磁性元件制造廠進行調(diào)查，根據(jù)其試驗，如何評價MIL-STD-981中各試驗項目的相對重要性。被調(diào)查的一些制造廠，按MIL-STD-981 標準進行了試驗，而另一些則未按規(guī)定進行。但對其數(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
通過對磁性元件制造商的調(diào)查結(jié)果，對MIL-STD- 981 中各項試驗項目的相對重要性得出結(jié)論如下：
a) 根據(jù)用戶應用所進行的試驗項目;
b)不考慮應用，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)先的試驗項目;
c)密封和X光檢查通常被認為是最低限的要求。需要注意在某些
