Создание спецпартий

Дата публикации: 27.04.2015

УДК 621.382

 

СОЗДАНИЕ СПЕЦПАРТИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ КАК МЕТОД ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ КОНТРОЛИРУЕМОЙ КОМПЛЕКТАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

 

В.И.Орлов, В.В. Федосов

 

В статье проведен анализ мирового опыта комплектации электронной компонентной базы космических аппаратов и предложен подход к формированию требований к специальным партиям (спецпартиям) электронной компонентной базы, поставляемым для использования в космической отрасли.

 

Ключевые слова: Электронная компонентная база, уровень качества, спецпартия.

 

Одним из важнейших этапов комплектации бортовой аппаратуры космических аппаратов (КА) является работа с заводами-изготовителями. Основные характеристики качества и надежности определяются в процессе производства на заводе-изготовителе. В России отсутствует специализированное производство электронной компонентной базы (ЭКБ) для космической отрасли, как это организовано в США и Западной Европе [1]. Требования к качеству и надежности ЭКБ, используемых в аппаратуре КА, выше, чем к ЭКБ, выпускаемой российскими заводами в настоящее время (категория качества «ОС»). Большинство производителей электронных компонентов не стремятся к сотрудничеству с космической отраслью [2] вследствие высоких требований. В 2002 году 22ЦНИИИ МО РФ выпустил проект документа, определяющего требования к организации производства и правилам приемки ЭКБ уровня качества «ОСД». Но документ так и не был реализован.

В процессе комплектации КА приходится закупать ЭКБ самого высокого уровня качества, который существует в России (ВП, ОС), и затем проводить серьезную работу по отбраковке потенциально ненадежных компонентов. Однако опыт показал, что серийная продукция заводов – изготовителей не всегда удовлетворяет предъявляемым требованиям [2, 3], выполнение которых позволило бы повысить срок службы неремонтопригодных изделий в потенциально агрессивной космической среде [4] без вследствие чего организация работы с заводами-изготовителями по выпуску специальных партий ЭКБ для космической отрасли (так называемых «спецпартий») представляется актуальной.

Спецпартия, таким образом, должна являться прообразом компонентов космического уровня качества. Характеристики отдельных изделий, входящих в спецпартию, должны отличаться от изделий обычной партии ЭКБ  категории качества «ВП» или «ОС». Кроме того, характеристики всей совокупности изделий, входящих с спецпартию, разброс их эксплуатационных характеристик [5], должны отличаться от параметров обычных партий.

В настоящей работе мы предлагаем подход к формированию требований к спецпартиям ЭКБ.

Для того чтобы сформировать список дополнительных требований к спецпартиям ЭКБ, был проведен сравнительный анализ последовательности испытаний по американским стандартам MIL для интегральных схем (ИС) и полупроводниковых приборов (ППП) категории качества «SPACE» (для космического применения) и «MILITARY» (для военного применения) [6] и требований Российских стандартов для категорий качества «ВП», «ОС» и «ОСД». Кроме того, такая работа проводилась в рамках международного проекта TACIS TELRUS 9503 (1996-1998 гг.), направленного на создание в России двух Центров по сертификации ЭКБ космического назначения. В ходе проекта был проведен тщательный анализ и сравнение российского и западноевропейского подходов к квалификации, а также требований к испытаниям ЭКБ. Российские специалисты из НПО ПМ и РНИИ КП прошли обучение в западноевропейских центрах (SPUR (Великобритания), TECNOLOGICA (Испания), Daimler-Benz Aerospace (Германия)). Это позволило разработать гармонизированную схему соответствия российских и западноевропейских требований к ЭКБ.

Немаловажную роль в определении понятия спецпартии сыграл опыт международного сотрудничества при создании спутника SESAT с 10-летним сроком активного существования и 12-летним техническим ресурсом, который успешно функционирует на орбите более 13 лет. На этом КА впервые применена технология комплектации ЭКБ с проведением индивидуальной отбраковки, РФА и выпуска PAD в качестве документа, разрешающих использование ЭКБ в РЭА КА и на каких условиях.

В результате проведенного сравнительного анализа последовательности испытаний выяснилось, что ЭКБ категории качества «SPACE» и «MILITARY» имеют два отличия: оценка дрейфа параметров и контроль наличия посторонних частиц в подкорпусном пространстве (PIND).

Если испытания на наличие посторонних частиц в подкорпусном пространстве достаточно легко реализовать, то для оценки дрейфа параметров необходимо:

  1. присвоить каждому элементу (корпусу) индивидуальный номер;
  2. провести измерения электрических параметров (обычно в объеме не менее приемосдаточных испытаний завода – изготовителя) и записать их результаты;
  3. провести электротермотренировку (ЭТТ) (не менее 72 часов) с подготовкой необходимой оснастки;
  4. после завершения ЭТТ в течение 24 часов (для отдельных элементов – в течение 6-8 часов) провести повторные измерения электрических параметров с записью результатов;
  5. рассчитать дрейф параметров;
  6. оценить допустимые границы дрейфа;
  7. провести классификацию на «годные» и «негодные».

Дрейф может быть рассчитан и во время проведения испытаний (в режиме онлайн), но для этого необходимо оборудовать автоматизированное рабочее место, специализированное для определенного типа элемента.

Именно поэтому при выпуске решении о поставке спецпартий в состав дополнительных испытаний обязательно входит оценка дрейфа параметров и контроль наличия посторонних частиц в подкорпусном пространстве. Эти испытания проводятся в испытательном техническом центре (ИТЦ), поскольку ни один завод-изготовитель в России не в состоянии откорректировать свой технологический процесс в соответствии с этими требованиями. В результате спецпартии являются совместным продуктом завода-изготовителя и ИТЦ.

Поэтому особое значение приобретает индивидуальная отбраковка ЭКБ в ИТЦ. Для каждого компонента предусмотрено проведение следующих испытаний:

От каждой партии ЭКБ берутся образцы, на которых проводится разрушающий физический анализ (РФА) для оценки технологического процесса изготовления и для оценки технологических дефектов, которые обычно не выявляются на этапе отбраковочных испытаний, а проявляются как временной фактор. В составе РФА такие операции, как исследование на растровом электронном микроскопе (РЭМ), контроль подкорпусной влаги, испытания на сдвиг кристалла и обрыв выводов, проверка паяемости и др.

После проведения необходимых (взаимосогласованных) работ на заводе – изготовителе и в ОАО «ИТЦ-НПО ПМ» получается новый продукт названный  «Спецпартия».

Выбор данной организации обусловлен тем, что системно данной работой в России занимается только ОАО «ИТЦ-НПО ПМ». Опыт других организаций в попытках использовать идею спецпартий следует признать неудачным, поскольку существенную часть работы, проводимую в ОАО «ИТЦ-НПО ПМ», не проводил никто. Перечень оформленных на сегодня решений о порядке изготовления и поставки спецпартий приведен в Таблице 1. Необходимо отметить, что идея создания спецпартий начала реализовывается с 2002 года и с некоторыми заводами-поставщиками существует уже по нескольку редакций подобных решений, которые уточнялись и развивались на основе накопленного опыта.

 

Таблица 1.

Перечень решений по созданию «Спецпартий»

 

Завод-изготовитель

Тип ЭКБ

Номер решения

1

РУП «Витебский завод радиодеталей «Монолит» г.Витебск

Конденсаторы категорий качества «ВП», «ОС», «ОСМ»

Решение от 18.06.2007

2

ОАО «НИИПП» г.Томск

Диоды 3Д713А-Д, 3Д713А1-Д1 категорий качества «ВП», «ОСМ»

Решение №01-09 от 25.11.2009

Дополнение от 31.10.2012г.

3

ЗАО «Светлана-Полупроводники»
г. Санкт-Петербург

Микросхемы ОСМ 1127, 590КН15

Решение от

14.04.2009г.

4

ОАО «Восход»-КРЛЗ г.Калуга

Микросхемы и полупроводниковые приборы категорий качества «ОСМ»

Решение №19/28

от 21.04.2011г.

5

ПРУП «Завод Транзистор» г.Минск

Микросхемы и полупроводниковые приборы категорий качества «ВП», «ОСМ»

Решение №1 от 27.07.2009г.

Решение №2 от 27.07.2009г.

6

ОАО «Экситон» г.Павловский Посад

Микросхемы серий 564, 564В, 1526, 1526ЭП категории качества «ОСМ», 765, 765В, Б1526ЭП категории качества «Н», 198, 1564, 1564ЭП категории качества «ВП»

Решение от 09.04.2007г. действует совместно с

Решением №1 от 08.10.2008г

Дополнение от 07.04.2009г.

7

ОАО «СКТБ РТ»
г.Великий Новгород

Источники вторичного электропитания серии ИВЭП27, ИВЭП27В категории качества «ВП»

Решение от 17.06.09

8

ОАО «НПП «ЭлТом» г.Томилино

Источники вторичного электропитания в модульном исполнении серии МП категории качества «ВП»

Решение №105 от 17.08.2009г.

Дополнение от 09.09.2011г.

9

ФГУП «НПП «Восток» г.Новосибирск

Микросхемы серии 544 категорий качества «ВП», «ОСМ»

Решение №1012

от 23.09.2009г.

10

ФГУП «НЗПП с ОКБ» г.Новосибирск

Микросхемы, диоды, стабилитроны категорий качества «ОС», «ОСМ»

Решение №459/022-2007 от 21.02.2007г.

Дополнение №1 от 18.02.2008г.

11

ФГУП ГЗ «Пульсар»

Транзисторы 2П762Д категорий качества «ВП», «ОС», «ОСМ»

Решение от 21.09.2006г.

12

ОАО «FOTON» г.Ташкент

Диоды 2Д237, 2Д2997, 2Д2999, 2Д213, 2Д212 категории качества «ВП», «ОС»

Решение №326/13К-ИТЦ от 29.12.2008г.

13

ОАО «НПП «Старт» г.Великий Новгород

Реле РЭК81 категорий качества «ВП», «ОС»

Решение от 01.10.2008г.

14

ОАО «Юность» г.Краснодон

Реле категорий качества «ВП», «ОС», «ОСМ»

Решение от 25.05.2007г.

Дополнение от 16.12.2010г.

15

ОАО «Юность» г.Краснодон

Реле РПС 43, РПС43-1 категорий качества «ВП»

Решение №2 от 10.08.2007г.

16

ФГУП ГЗ «Пульсар»

Транзисторы 2Т866А категорий качества «ВП», «ОС», «ОСМ»

Решение от 21.09.2006г.

Дополнение №1 от 15.02.2007г.

17

ОАО «FOTON» г.Ташкент

Транзисторы 2П303 категорий качества «ВП»

Решение №327/13К-ИТЦ от 29.12.2008г.

 

18

«ОКВ FOTON» г.Ташкент

Микросхемы серий 286, 432 и диодов 2Д213/ФТ, 2Д237/ФТ, 2Д2997/ФТ, 2Д2999/ФТ

Решение №1 от 29.12.2008г.

19

ОАО «НПП «СТАРТ» г.Великий Новгород

Реле времени РДВ11 категорий качества «ВП»

Решение №2 от 11.05.2011г.

20

ОАО «КБ «ИКАР» г.Нижний Новгород

Резисторы категорий качества «ВП», «ОС», «ОСМ»

Решение от 06.06.2011г.

Дополнение к решению от 08.08.2011г.

Дополнение №2

к решению от 06.06.2011г.

21

ОАО «НПО «ЭРКОН» г.Нижний Новгород

Резисторы категорий качества «ВП», «ОС», «ОСМ»

Решение от 25.07.2011г.

22

ОАО «Элеконд»

г.Сарапул

Конденсаторы типа К52, К53 категорий качества «ВП», «ОС»

Решение №ЕВАЯ.083-12 от 23.05.12г.

23

ОАО «СКТБ РТ» г.Великий Новгород

Источники вторичного электропитания серии ИВЭП37, ИВЭП37В категории качества «ВП»

Решение от 03.07.12г.

24

ОАО «Элеконд»

г.Сарапул

Конденсаторы типа К53-65, К53-66, К53-68 категории качества «ВП»

Решение №57/341-11 от 16.12.11г.

25

ЗАО «ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ» г.Брянск

Микросхемы и полупроводниковые приборы категорий качества «ВП», «ОС», «ОСМ»

Решение №03/07 от 05.10.12г.

26

ОАО НПК «Северная заря»

Электромагнитые реле РПС45-1 «ОС»
РС4.520.755-41

Решение №24 от
16.05.2013

 

Список мероприятий, проводимых в ходе тестирования ЭКБ двумя сторонами (изготовителем ЭКБ и организацией, ответственной за формирование спецпартий – в данном случае ОАО «ИТЦ-НПО ПМ») при создании спецпартии, проиллюстрирован в Таблице 2.

 

Таблица 2

Дополнительные технологические операции и испытания, проводимые в ходе формирования спецпартии на примере диодов 3Д713А-Д, 3Д713А1-Д1 категорий качества «ВП», «ОСМ» производства ОАО «НИИПП»

 

№ п/п

Вид, последовательность испытаний и проводимых операций

Условия и критерии испытаний, примечание

На какой стадии проводятся испытания

1.1

Снятие профиля легирования эпитаксиального слоя для каждого комплекта загрузки реактора

Профили должны быть идентичны

Изготовитель (производство пластин)

2.1

Выборочный контроль прочности крепления кристалла по ужесточенным нормам

ГОСТ В 28146

Изготовитель (проведение сборочных операций)

2.2

Выборочный контроль прочности сварных соединений

ГОСТ В 28146

–//–

2.3

Контроль внешнего вида аарматур, собранных после разварки выводов

Контроль при 100-кратном увеличении

–//–

2.4

Термовыдержка перед герметизацией

170 ºС, 5 часов

–//–

3.1

Проверка электрических параметров при нормальных климатических условиях по ужесточенным относительно ТО нормам и (или) режимам

С индивидуальной паспортизацией

Изготовитель (на этапе отбраковочных испытаний)

3.2

Электротермотренировка (ЭТТ) при повышенной рабочей температуре среды

168 часов, +135 ºС, Uобр=235В для всех литер

–//–

3.3

Термопотенциальная тренировка диодов

72 часа при максимальной повышенной температуре среды и Uобр=Uобр макс по ТУ +10В. На стендах ФЫМ2.755.030 с диодно-резиситивными блоками ФЫМ3.558.042

–//–

3.4

Контроль герметичности

По ТД

–//–

3.5

Контроль нестабильности обратного тока

По ТД

–//–

3.6

Сплошной контроль электрических параметров и внешнего вида изделий на предъявительских испытаниях

По ТД

–//–

3.7

Оценка дрейфа параметров, разделение на стабильные (ОСМ) и обычные ВП

Анализ ведущим технологом

–//–

4.1

Сериализация (присвоение индивидуального номера  каждому элементу в партии)

 

ИТЦ

4.2

Измерение электрических параметров по ужесточенным нормам, контроль вольтамперных характеристик (ВАХ) с записью параметров

 

–//–

4.3

Проверка на наличие посторонних частиц в корпусе

 

 

4.4

Измерение электрических параметров по ужесточенным нормам, контроль ВАХ с записью параметров

 

–//–

4.5

Электротермотренировка при максимальной рабочей температуре по ТУ в течение 72 часов

Термопотенциальная тренировка при Uобр=Uобр.макс. ТУ по схеме, приведенной на рис.1

–//–

4.6

Измерение электрических параметров по ужесточенным нормам, контроль ВАХ с записью параметров

 

–//–

4.7

Расчет дрейфа параметров

 

–//–

4.8

Визуальный контроль внешнего вида

 

–//–

5.1

Испытание на способность к пайке

ГОСТ 20.57.406, ГОСТ РВ 20.57.416 метод 402-1

ИТЦ: разрушающий физический анализ

5.2

Проверка качества маркировки

ГОСТ 30668 Разборчивость и содержание маркировки – метод 407-1, стойкость к воздействию очищающих растворителей – метод 407-3

–//–

5.3

Проверка прочности выводов

ГОСТ 20.57.406, ГОСТ РВ 20.57.416 растягивающая сила – метод 109-1, на изгиб – метод 110-1

–//–

 

Внедрение дополнительных технологических операций (Таблица 1) в процесс производства и испытаний требует создания дополнительных диагностических установок (рис.1).

Требования космической отрасли делают невозможной комплектацию бортовых электронных систем без серьезного изменения технологического процесса изготовления радиоэлектронных изделий. Разработка отдельного технологического процесса по изготовлению электронной компонентной базы для космической отрасли, требуя значительных вложений, делает невыгодной поставку малых партий изделий. Таким образом, объем заказываемых партий должен быть максимально возможным. Это положение совпадает с идеей комплектования всех аппаратур КА ЭКБ одинаково высокого уровня качества на принципе равнонадежности. Процесс формирования требований к спецпартиям и соответствующих регламентирующей документации в его современном состоянии позволяет обеспечить потребности космической отрасли в качественных изделиях широкой номенклатуры. Накопленный опыт позволяет расширять данную номенклатуру. Тем не менее, систематизация подхода к формированию требований для спецпартий и создание соответствующей автоматизированной системы позволит существенно снизить затраты на подготовительном этапе формирования требований к спецпартиям.

Рис.1. Схема электротермотренировки диодов 3Д713А-Д

 

Следует отметить, что обеспечение стойкости электронной компонентной базы для удовлетворения модели внешних воздействующих факторов на этапе эксплуатации КА в радиационном поясе Земли остается одной из основных задач для КА со сроком активного существования 10 и более лет. Анализ требований к ионизирующим излучениям космического пространства (ИИКП) [7] показывает, что для применения в КА оптимальным является использование ЭКБ с уровнем радиационной стойкости более 100 крад, которая соответствует группе          по ГОСТ РВ 20.39.414.2 [8]. Такой подход позволяет оптимизировать конструктивное исполнение бортовой аппаратуры без использования дополнительной массовой защиты от воздействия ИИКП.

 

Библиографические ссылки

 

1. Харченко В.С., Юрченко Ю.Б. Анализ структур отказоустойчивых бортовых комплексов при использовании компонент Industry // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2003. – вып. 2. – с.3-10

2. Данилин Н., Белослудцев С. Проблемы применения современной индустриальной электронной компонентной базы иностранного производства в ракетно-космической технике // Современная электроника. – 2007. – вып.7.- с. 8-12

3. Субботин В., Стешенко В. Проблемы обеспечения бортовой космической аппаратуры космических аппаратов электронной компонентной базой // Компоненты и технологии. – 2011. – вып.11. – с.10-12

4. Wright M.B., Humphrey D., McCluskey P. Uprating Electronic Components for Use Outside Their Temperature Specification Limits // IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology – Part A. – 1997. – Vol.20 (2). – p. 252-256

5. Орлов В.И., Сергеева Н.А. О непараметрической диагностике и управлении процессом изготовления электрорадиоизделий// Вестник СибГАУ. – 2013. – вып. 2(48). – с.70-75

6. Scott A.J., Angel D.P., The US Semiconductor Industry: a Locationsl Analysis // Environment and Plannung, series A. – 1987. – vol.19(7). – p. 875-912

7. Методика расчета поглощенных доз ионизирующих излучений космического пространства для орбит изделий разработки ОАО «ИСС». 154.ПМ-129. ОАО «ИСС». 2005 г.

8. ГОСТ РВ 20.39.414.2.

Назад