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2020-01-09

元器件助焊剂合明科技分享:宇航元器件发展现状及存在的问题

发布者:合明科技Unibright ; 浏览次数:189

元器件助焊剂合明科技分享:宇航元器件发展现状及存在的问题


元器件是产品研制与生产最重要的基础部件,对产品的性能、寿命、成本、可靠性都有着极其重要的作用和影响。

 

航天是一个极其复杂和专业覆盖较广的超级工程,因此对宇航用元器件也提出了很多特殊要求:小批量、多品种,并且需求不连续;发射后不可维修或更换,需要高可靠性;具有长寿命周期以及稳定持续的供货渠道;性能的稳定性及一致性优异。如今,元器件呈现出更新速度快、生产规模大、寿命周期短等特点,宇航用元器件在某些方面已经偏离了元器件市场发展的主流趋势,使得宇航用元器件的发展面临很多困难。

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美国的元器件工业基础雄厚,技术先进。早期的美国元器件技术发展几乎都是从军用项目研发成功开始的。当时在整个元器件市场中军用元器件还占有很大的份额,并引领着美国整个元器件市场的发展。但随着电子工业的高速发展,消费类数码产品、个人通信产品等民用电子产品已经占据了元器件市场的最大份额,而军用和航天等高可靠性元器件的市场份额却在大幅下降,如今只占到市场份额的1%,并呈下降趋势。

 

另外,由于航天型号产品的设计、研制及使用的周期一般都较长,这也导致了其使用的元器件更新较慢或定型后不能及时更改,势必也会造成元器件技术发展的落后。即使高可靠元器件的价格是同类型商用级或工业级元器件的几倍甚至是几十倍,也无法弥补产品更新换代速度慢造成的技术落后和市场占有率的下降。

 

在这种背景下,美国的元器件供应商已经越来越不愿意支撑一个需要单独的生产线、复杂的鉴定程序、高额的管理费用及较低的经济效益的市场,越来越多的传统高可靠元器件供应商也逐步退出了利润较低的军用和航天市场,而转向使用量大、更新换代较快、生产批量较大、利润较高的民用消费市场。

 

这些大供应商的积极性降低甚至退出,使得美国航天元器件的技术发展及供应面临着诸多困境。但美国元器件的工业水平整体较高,即使高可靠性元器件的可获得性下降,采用商用级元器件使用在高可靠性领域方面,制定了一系列的保障措施,从而保证商用级元器件的质量不会出现较大问题,SpaceX公司的民用航天就是一个很好的例子。

 

尽管如此,美国仍然十分注重军用和航天高可靠元器件的发展,分别制定了航天和军用元器件的发展战略,其发展目标不仅仅是保证本国需求,而且还要持续保持世界领先。在国家政策的指引下,由美国航天局NASA统一领导、策划宇航元器件的发展,同时伴随着美国军备采购的费用大幅增加,致使美国的高可靠元器件技术仍将高速发展。


欧洲宇航元器件发展现状

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欧洲宇航工业是由欧空局(ESA)负责管理、组织、协调和统一各成员国的航天产品研制、生产及发射,从而使得各成员国的航天元器件资源充分应用到航天项目上。同时,欧洲的元器件工业,尽管没有美国先进,但仍具有较高的研发、制造能力,也有许多著名的元器件制造商和供应商。

 

因此,欧洲航天元器件在可获得性和质量方面似乎也不存在问题。但是,据一份资料显示,欧洲航天元器件面临着与美国航天元器件同样的问题,就是高可靠元器件的鉴定时间长、成本高,导致元器件供应商进行高可靠性元器件鉴定的意愿在逐渐下降,从而使宇航元器件的市场份额也在降低。

 

过去10年间,欧洲宇航项目中主要选用美国元器件,少数采用日本元器件,而使用的欧洲自己研制的元器件所占份额已经从60%减少到30%。同时,由于禁运和国际武器贸易条例的限制,使得进口元器件在可获得性和质量方面同样面临着严峻的形势。

 

ESA 为保障宇航工程的顺利实施,建立了统一的研发程序、信息数据交换系统、可靠性系统、应用系统及标准化文件系统的集统筹管理、产品体系、标准体系和信息系统为一体的“五统一”宇航元器件体系。同时,ESA还发起了欧洲元器件创新计划(ECI),并邀请其他欧洲国家的航天局共同参与,充分调动供应商的积极性,吸引实力强大的供应商进入高可靠元器件市场,通过一系列措施改善和优化欧洲宇航元器件市场,从而保证关键元器件的技术发展及可获得性。

日本宇航元器件发展现状

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日本的电子元器件制造技术同样也很发达,已经在多个领域可以和美国竞争,其中又以无源元器件的研发和制造实力最为优异,在航天型号产品中使用的无源元器件均可从国内获取,完全实现了自给自足。但是,在关键电子元器件方面仍要依赖美国。

 

由于日本整体经济的下滑以及工业结构的调整,元器件制造商对航天市场失去了吸引力,高可靠元器件市场的日益萎缩,导致日本宇航局(JAXA)获取高可靠元器件的数量急剧降低,导致快速扩大国内供应商变得非常困难,不可避免需要从国外采购核心元器件。

 

连续可获得的航天元器件供应成为JAXA 首要关注的对象。据资料显示,日本卫星上所有元器件的采购经费中,日本国内生产的核心元器件(微处理器、存储器及大规模集成电路)及无源元器件分别占总费用的10%和30%,而60%的费用主要是采购国外的进口元器件。

 

但是,世界上的发达国家对于自身研制的核心元器件或是高可靠元器件基本上长期都处于禁用状态,核心元器件的采购受阻,严重制约了日本航天工程的发展。同时,一些国家的政策法规也限制了出口元器件技术信息的公开,导致后续对失效的进口元器件进行分析及实施归零措施时往往不够充分,严重影响了宇航型号产品的可靠性和设计方案。

 

为了保障宇航工程的自主可控,JAXA确定了宇航元器件发展的总体目标,就是保障宇航工程需要使用或采购核心元器件时,能够以合理的价格或渠道及时获取, 从而能够独立掌控宇航工程的能力。

 

因此,日本十分重视具有战略意义的核心元器件的自主研发,JAXA根据本国的航天应用需求,从2003年就开始实施核心元器件发展计划,致力于核心元器件项目的研发工作。另外,日本也注重与CNES(法国国家太空研究中心)、DLR (德国宇航中心)等航天机构合作,实现元器件技术和信息的相互使用和交换,以减少对美国的依赖。


 

国外航天元器件发展中遇到的问题


从美国、欧洲、日本航天元器件的发展现状可知,除美国宇航元器件面临的问题较少外,其他国家的宇航元器件在可获得性和质量控制方面的形势均比较严峻。

 

航天元器件制造商的数量在减少

航天元器件的特殊要求决定了元器件制造商在大多数情况下需要单独的生产线、相当高的管理费用,时间长的鉴定周期,但小批量、多品种,需求不连续等因素导致元器件制造商的投入产出比逐渐降低,越来越多的制造商不愿意维持这些“特殊”的产品,逐渐退出了高可靠元器件市场,甚至是一些有实力的大制造商,不涉及或很少涉及本国宇航元器件的采购需求,完全按自身的技术优势发展自己的元器件技术,导致航天局反过来适应这些 “新产品”。制造商退出高可靠元器件市场,从而导致了货源短缺。

 

进口元器件采购难以保证

采购进口元器件,经常会受到国际武器贸易条例或阶段性禁运等的影响,导致交货周期不可控或是直接采购不到,使得进口元器件使用的很难保证,严重影响了航天型号产品的研发和生产进度。


元器件的过时淘汰带来的隐患

宇航工程的研制周期都相对较长,一般要求使用的元器件寿命长达15年~20年甚至是更长的时间,而电子技术高速发展的今天,元器件的更新换代速度也越来越快,生命周期也越来越短,可能在总体设计阶段就会遇到使用的元器件过时淘汰的危机。重新设计又会带来巨大的成本及更长的研制周期。

 

进口元器件的质量难以控制

当前,发达国家都对出口的高可靠元器件有着严格的控制以防止技术信息泄露, 这也使得进口元器件的供应链环节较多,大多数情况下均不能直接与元器件制造商采购,只能通过代理商或以走私的方式采购,这样就导致进口元器件的可追溯性和资料信息的完整性方面就存在太多的不可控因素,使得质量控制更加困难。同时,在高利润的驱使下,由于采购渠道的不透明、不通畅,市场上也出现了很多假冒翻新的元器件。即使是所谓的合格元器件,由于资料信息不充分,也使得一些质量可靠性无法有效评估,在使用中也会发生很多失效,后续的归零及纠正措施也不能准确评估,这种情况将严重影响航天型号产品的可靠性。


参考文献:

[1] 晋文亮.国外航天元器件发展现状与思考[J].航天标准化,2009,(3):30-35.

[2] Hamiter,L.“ The history of space quality EEE parts in the United States”.ESA Electronic Components Conference,ESTEC,Noordwijk.The Netherlands:12 -16 November 1990,ESA SP-313 (1991-03) .

[3] 蔡少英.电子元器件的淘汰对军用和航空工业的影响.电子产品可靠性与环境实验,vol 1,2001: 25-28.

[4] John Wall,Nihal Sinnadurai,“ The past,present and future of EEE components for space application: COTS-the next generation”,Microelectronics International, 15/3 [ 1998] :7-16.

[5] Takashi Tamura.“Wrap-up Report”.Electronic,Mechanical Components and Materials Engineering Group,JAXA,Oct.272006.

来源:原创 技术游侠



合明科技谈:元器件问题和残留物

 


文章关键词导读:PCBA线路板、元器件、电路板清洗

 

不同类型的残留物会在来料的元器件中被发现。元器件上的非极性残留物在组装操作前被发现,可能会以颗粒、油或者膜的形式。这些残留物在焊接后可能会一直存在于清洗的或者未清洗(免清洗)的组件中。

颗粒物质有各种各样,依赖于组装和储存的条件。颗粒物质来自组装过程中的例子是注塑成型后去除毛刺所产生的灰尘。通常用于去除毛刺的材料,包括磨平的塑料和来自各种各样的坚果(例如胡桃)的外壳。来自储存的颗粒物质可能来自周围的环境或者元器件储存的包装材料。环境污染物可能包括灰烬、煤灰或者硅基砂砾。包装材料污染物通常会是塑料的或者偶尔含金属颗粒的纸。

油污污染可能来自组装过程或者零部件的储存处。组装油可能包括金属处理油。如果把手工作业算入一道组装操作的话,皮肤油脂和护手霜可能都会存在。脱模剂也可能会给元器件带来各种形式的油。来自含油物质的储存污染物可能来自周围情况(例如来自压缩机的油雾、选择的很差的包装材料、和极少期望的木屑)。

元器件上的膜通常和组长有关。这里膜被定义成一种通过简单的清洗方法,比如擦拭或者用酒精浸泡后去除的顽固污渍。膜时常是元器件引线框上注塑材料溢出后的结果(产物)。这种注塑材料很难检测和去除。

不需要的膜也会沉积在元器件的表面,这些膜来自包装材料,比如编带和卷轴,或者元器件管装材料。这些包装材料时常是由塑料组成,可能经过化学处理去消除静电荷的积累。化学抗静电剂通常是胺基,并能转移到包装的元器件中,导致导电性膜,妨碍可焊性。

残留物可在来料零部件上被发现,由于组装或者手工业原因。组装过程中不完全的清洗可能会导致元器件上电镀或者助焊剂残留物的存在。手工作业残留物很像来自与皮肤接触后的残留物。

另外一个在来料零部件上的污染物的来源是硫磺的存在,硫磺来自大气的污染物或者纸包装材料。硫磺与引线框的反应会导致组装过程中的可焊性问题。

 



以上一文,仅供参考!

 

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以上为合明科技在工业清洗方面的经验的累积,我们是国内自主掌握核心水基清洗技术的先创品牌,合明科技专注精密电子清洗技术20多年,是SMT贴装/DIP封装,功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商,也成为了IPC清洗标准主席单位。但是因为工业清洗问题内容广泛,没办法面面俱到,本文只对常见问题作分析,随着电子产业的不断更新换代,新的工艺问题也不断出现,本公司自成立以来不断追求产品的创新,做到与时俱进,熟悉各种生产复杂工艺,力争能为客户提供全方位的工业清洗解决方案。

 

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