從手動飛行控制轉(zhuǎn)向電傳操縱飛機給航空電子系統(tǒng)中商用現(xiàn)貨 (COTS) 組件的使用帶來了壓力。隨著這些組件具有更多的飛行功能，故障的可能性正在增加。減輕這些故障機制對于這些系統(tǒng)的進步至關(guān)重要。單憑 COTS 能否應(yīng)對挑戰(zhàn)？或者是否有一個衍生的 COTS 產(chǎn)品可以利用關(guān)鍵特性來揭穿失敗？增強型產(chǎn)品 (EP) 形式的加固型 COTS 就是這種衍生產(chǎn)品。本文詳細闡述了 EP 的細節(jié)以及它對高可靠性航空電子系統(tǒng)的意義。 ?

首先，讓我們定義一些 COTS 組件中的常見故障機制。隨著最近黃金和化合物（例如鎳鈀金）價格的上漲，許多 COTS 供應(yīng)商正在轉(zhuǎn)向銅鍵合線以降低成本。銅的可靠性尚未在關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用、惡劣環(huán)境或需要長期休眠存儲（10 至 20 年）的應(yīng)用中得到證實。這是第三方/政府監(jiān)管實體（如航空航天公司和國防后勤局 (DLA)）的共同研究課題。這些實體監(jiān)管的 MIL-PRF-38535 確實指定了銅用于鍵合線；但是，DLA 資格要求從未定義過，DLA 也不允許用于 Q 類（軍用）或 V 類（太空）產(chǎn)品中的銅。在 COTS 和汽車產(chǎn)品 (Q100) 中改用銅可能會帶來壽命和可靠性問題。為了根據(jù) MIL-PRF-38535 對航空電子應(yīng)用進行加固，需要使用金鍵合線或鎳鈀金。

COTS 的另一個失效機制來自在引線框架涂層中使用純錫 (Sn)。從歷史上看，鉛 (Pb) 一直是引線框架表面處理的主要元素，因為它可以高度可靠地連接到 PCB 焊盤。然而，鉛會帶來許多與健康相關(guān)的風險。這導致在 COTS 材料組（無鉛）中用錫代替鉛。但是，當錫受到很大的應(yīng)力時，它會結(jié)晶并產(chǎn)生卷須，從而導致電短路。圖 1 （參見： http: //nepp.nasa.gov/whisker/）說明了由錫產(chǎn)生的卷須“晶須”的生長，它延伸穿過引線框架中的兩個相鄰引腳，導致短路。

圖 1：由引線框架形成的錫“晶須”（卷須生長）。資料來源：NASA EEE 零件和包裝。

COTS 轉(zhuǎn)向錫的意圖在這里沒有受到挑戰(zhàn)。由于許多航空電子系統(tǒng)會承受很大的應(yīng)力，因此應(yīng)重新考慮使用錫。如果處理得當，鉛基材料可以消除器件必須用于高應(yīng)力應(yīng)用時發(fā)生此類短路的風險。對于堅固耐用的 COTS 應(yīng)用，似乎必須使用鉛，除非有其他答案。 ?

另一種失效機制發(fā)生在航空電子系統(tǒng)中塑料部件的鑒定過程中。用于鑒定塑料部件的全部方法超出了本文的范圍。在溫度循環(huán)和壓力測試期間，可能會發(fā)生分層或從芯片連接到組件封裝內(nèi)部的芯片提升。某些模塑化合物和芯片連接材料更容易分層，通常這些材料更便宜，但它們通常用于 COTS 組件。對于加固的 COTS 組件，應(yīng)考慮通過構(gòu)建粗糙的引線框架、改進的芯片連接和更好的模塑料（所有這些都是專有的并且通常更昂貴）來降低分層風險。 ?

航空電子系統(tǒng)的另一個動態(tài)是組件的長期使用或休眠存儲。高度加速的壓力測試 (HAST) 可以揭示這些使用情況下的故障機制。此壓力測試的說明可在 JEDEC 網(wǎng)站上找到。通常，所有組件都通過 HAST 認證。但是，對于 COTS 組件，HAST 認證的時間通常較短（例如，96 小時）。對于堅固耐用的 COTS，強烈建議進行 250 小時的 HAST 測試。 ?

一旦一個部件符合航空電子系統(tǒng)的要求，就必須考慮制造的長期一致性。在新的半導體制造廠或組裝和測試 (A/T) 現(xiàn)場從原始基線流程制造組件可能會導致原始鑒定未預測到的失敗風險，因此應(yīng)要求重新鑒定。組件的材料集也是如此。任何制造或材料的變化都會產(chǎn)生許多無法解釋的變量。

如果需要更改，組件供應(yīng)商必須發(fā)出產(chǎn)品更改通知 (PCN) 以允許在認為必要時對組件進行重新認證。這種一致性和 PCN 給組件帶來了額外的成本。A/T 站點和材料組也是如此。與“基線控制”的一致性相比，COTS 流量可變性如圖 2 所示。堅固耐用的 COTS 組件必須使用單一基線。

圖 2：商業(yè)與受控基線增強產(chǎn)品 (EP) 流程。

在某些程序中，所有組件都需要標準微電路圖 (SMD)。真正的 COTS 組件不提供此類圖紙，因此需要設(shè)計人員創(chuàng)建內(nèi)部規(guī)范。DLA 發(fā)布了供應(yīng)商識別圖 (VID)，其中包含組件供應(yīng)商的數(shù)據(jù)表和修訂版。然后，航空電子設(shè)備設(shè)計師擁有行業(yè)標準零件編號，無需在內(nèi)部創(chuàng)建圖紙。所有 VID 組件都可以在 DLA 的網(wǎng)站（國防后勤局）上找到。

德州儀器 (TI) 的增強型產(chǎn)品利用了 TI 商業(yè)產(chǎn)品組合的深度，同時為真正堅固耐用的 COTS 產(chǎn)品提供了上述增強功能。這些產(chǎn)品均提供 VID 繪圖以加快文檔編制和采購流程（TI 增強型產(chǎn)品）。

審核編輯 黃昊宇