一种小卫星元器件选用方法与流程

1.本发明涉及商业卫星技术领域，具体来说，涉及一种小卫星元器件选用方法。


背景技术：

2.航天器的可靠性工作覆盖了航天器设计、制造、试验和运行各阶段，可靠性工作的总原则是预防为主，对一切故障、危险和不合格的事件都必须搞清楚它的机理、影响与适当的纠正和防止扩散措施。其中，可靠性技术是一个不断循环反复改进的过程，从设计、分析、制造、开发、试验到运行，每个阶段都要反馈到其它环节中，需要不断交换数据和状态。因此可靠性总是相对一定任务、一定条件、一定任务时间而言，产品的规定任务、规定条件、规定时间不同，可靠性随之不同。
3.另外，众所周知，航天器可靠性设计里非常重要的一环是元器件的可靠性设计，元器件的可靠性的可靠度即产品使用时间大于规定时间的概率，元器件的故障率就是产品工作到时刻后的单位时间内发生故障的概率；元器件的失效率具有典型的浴盆曲线特征，只要解决好元器件的早期失效，元器件的相关技术参数将进入一个长期的稳定期。传统电子线路的可靠性计算方法为元件技术法，一块电子线路板的可靠性与元器件的失效率在早期成指数关系，因此降低元器件的失效率成为解决电子线路可靠性的关键，而失效率的关键在于早期失效，只要解决了早期失效的问题，电子线路的可靠性设计就能得到相当的保障。传统的元器件使用规则是制定了各类设计等级的元器件，通过提高制造工艺和筛选考核来选择出符合设计规范的元器件，其筛选方法十分繁琐，就是为了解决元器件的早期失效问题，也就是说，现有传统的元器件可靠性存在提升手段单一、成本居高不下及选用标准专业性的问题。
4.传统的卫星研制制造存在着研制周期长、研制成本高、应用效果不理想的情况，随着商业小卫星在应用领域具有的突出优势，商业小卫星快速发展的制约因素即成本要素变得更加突出，只有实现低成本下的组批生产，才能充分发挥商业小卫星的商业价值，成为传统体制下大卫星的有益补充。传统大卫星设计由于设计思想保守、设计仿真裕度大等原因，造成卫星可靠性设计成本居高不下，设计航天器全阶段、全流程的质量可靠性管理体系十分复杂，短期内在体制内大幅降低研制成本不太可能，尤其是作为重要成本的航天器元器件，其使用的规则造成整个航天器制造成本居高不下。那么，为了解决商业小卫星组批生产的成本问题而大胆借鉴航天传统已有的可靠性设计方法和实践的基础上，针对商业小卫星主要可靠性成本的元器件使用，本技术采取了一种简单高效的筛选方法。


技术实现要素：

5.针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种小卫星元器件选用方法，能够克服现有技术方法的上述不足。
6.为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
7.一种小卫星元器件选用方法，包括以下步骤：
8.s1:确定选用的元器件，首先根据元器件单机可靠性指标应用等级分配、单板功能失效度、元器件质量等级和类别使用方面逐级综合考量分析；
9.s2:然后，同时考虑元器件价格、统一厂家批次因素进行不同等级元器件应用的配置划分；
10.s3:再经过判断该元器件的外观检查和常温测试，判断是否符合装机要求，若符合则直接装机使用，若不符合，就进入100％的二次筛选流程；
11.s4:初对到所述元器件进行检验元器件电特性测试和跟随板级测试是否合格，若检测合格则升级筛选环境再次试验，进一步筛选选取合格元器件，若无法检验则再通过板级筛选出合格元器件，元器件通过上述全部筛选流程后即装机使用。
12.进一步地，所述板级筛选时，具体包括对加速度过载、振动、冲击、真空、地磁、空间带电粒子、常温、温度循环、单机级的温度循环、单机级的老练及辐射开展板级产品测试试验筛选，若筛选合格则装机，若筛选不合格则整板淘汰。
13.进一步地，所述升级筛选环境试验时，若通过筛选则进行装机；若未通过筛选试验，则淘汰该元器件。
14.进一步地，所有满足卫星选用标准的高等级元器件不需要二次筛选，只需要完成外观检测及常温测试试验即可装机使用；同理，所有工业级选用元器件必须进行二次筛选升级试验，只要通过试验即可装机使用。
15.进一步地，所述二次筛选具体包括外观检查、高低温测试、温度应力、机械应力、密封性、pind、超声扫描、声扫/x光及高温动态老练的检查。
16.本发明的有益效果：通过对元器件多次筛选和不断的完善，该方法的试验流程已经固化，具备了制定标准化流程的基础，在多型小卫星上进行了成功的在轨应用，达到了预期的卫星设计寿命。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是根据本发明实施例所述的小卫星元器件选用方法的筛选流程示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
20.如图1所示，根据本发明实施例所述的小卫星元器件选用方法，步骤包括：确定选用的元器件，首先根据元器件单机可靠性指标应用等级分配、单板功能失效度、元器件质量等级和类别使用方面逐级综合考量分析；同时考虑元器件价格、统一厂家批次因素进行不
同等级元器件应用的配置划分。如下表1。其中，元器件质量等级为工业级的电路、分立器件、元件，执行元器件级筛选，到货检验，元器件电特性测试跟随板级测试，合格后可装机使用。
[0021][0022]
表1
[0023]
再经过判断该元器件的外观检查和常温测试，判断是否符合装机要求，若符合则直接装机使用，若不符合，就进入100％的二次筛选流程。二次筛选具体包括外观检查、高低温测试、温度应力、机械应力、密封性、pind、超声扫描、声扫/x光及高温动态老练的检查。具体试验方法如表2元器件筛选项目流程表所示。
[0024][0025]
表2
[0026]
其中，元器件的筛选按表2中1-3的流程顺序进行，完成全部的筛选测试及试验，元
器件技术指标符合使用要求的即可装机，无法测试的元器件随单板及整机进行下一轮的筛选测试。
[0027]
另外，所有满足卫星选用标准的高等级元器件不需要二次筛选，只需要完成外观检测及常温测试试验即可装机使用；同理，所有工业级选用元器件必须进行二次筛选升级试验，只要通过试验即可装机使用。进口有空腔的半导体器件dpa应进行外观检查、pind、密封性检查、内部目检、键合拉力、芯片剪切力。内部水汽含量、扫描电镜、x射线照相检查项目为选做项目。进口塑封的半导体器件dpa应进行外观检查、内部目检、超声扫描、x射线照相检查。
[0028]
初对到所述元器件进行检验元器件电特性测试和跟随板级测试是否合格，若检测合格则升级筛选环境再次试验，进一步筛选选取合格元器件，若无法检验则再通过板级筛选出合格元器件，元器件通过上述全部筛选流程后即装机使用。所述升级筛选环境试验时，若通过筛选则进行装机；若未通过筛选试验，则淘汰该元器件。
[0029]
在板级筛选时，具体包括对加速度过载、振动、冲击、真空、地磁、空间带电粒子、常温、温度循环、单机级的温度循环、单机级的老练及辐射开展板级产品测试试验筛选，若筛选合格则装机，若筛选不合格则整板淘汰。板级筛选的目的主要是进一步强化筛选元器件级筛选无法测试的项目，以及通过试验进一步加速元器件的早期失效暴露，如果试验过程中出现性能指标超差的情况，则整板淘汰，不能装机使用。如表3所示。
[0030][0031]
表3
[0032]
只有通过上述全部筛选流程的板才能装机使用，通过上述筛选步骤后，低等级的元器件综合合格率高于90％。
[0033]
不合格的元器件会进行分类汇总。例如：xx项目二筛不合格元器件问题分类汇总表，见表4所示，其不合格率为17/178193＝4.8％。
[0034][0035]
表4
[0036]
部分筛选元器件名称和单价表，见表5所示。
[0037]
序号物资类别型号规格单价1dc/dc转换器dvhe2805sf/h277202dc/dcdvtr2805sf223703dcdcmor286r3s193064dcdcdvab2805df185755dc/dcmhv2812sf153806 c30659-900-r8ah135007dspsmj320c6701glpw14121448fpgaxc7vx690t-2ffg1157i75009flash型fpgam2s150ts-fcg1152i375010flash型fpgam2s090ts-fgg484i285011fpgaxc7z045-l2ffg900i285012 ev76c660abt-eqtr240013fpgaxc7z100-2ffg900i139514dsptms320c6414eglza6e3124615 tms320c6701gjca1201076.573316 ds90lv032aw-qml1680
[0038]
表5
[0039]
综上，这些低等级元器件经过筛选升级后，元器件总数的大约90％能满足高一等级的使用要求，但其综合成本仅占其高一等级元器件成本的20％。这样的筛选结果更有利于小卫星的批量生产制造，快速形成星座部署能力。
[0040]
另外，需说明适用于本方法的元器件品种包括：单片集成电路；混合集成电路；微电路模块；微波组件(混合集成工艺、微电路组装工艺)；半导体分立器件(双极型晶体管、场效应晶体管、二极管、功率fet、igbt、闸流晶体管、光电器件)；电阻器(薄膜固定电阻器、功
率型线绕固定电阻器、片式膜固定电阻器、精密金属箔电阻器、电阻网络、电位器)；电容器(固定云母电容器、瓷介电容器、有机介质电容器、固体电解质祖电容器、非固体电解质钮电容器)；敏感元件及传感器(含热敏电阻)；继电器(密封电磁继电器、密封温度继电器、密封时间继电器)；电连接器及电缆组件(低频电连接器、射频电连接器、混装电连接器、电缆组件)；频率元件(石英谐振器、晶体振荡器)；磁性元件(电感、磁珠、射频变压器)；微波元件(隔离器、环形器)；滤波器(介质滤波器、腔体滤波器、直流滤波器等)；其他元件(双工器、功率分配器、功率合成器、衰减器、波导转换器、微波开关等)。
[0041]
遵循航天器全过程的系统可靠性要求进行逐项清理、逐阶段设计、全过程管理的原则，针对商业航天的低成本、高可靠、批生产的要求，必须在继承原有的传统航天系统工程设计理念的基础上，大胆创新，把航天系统工程的经验再总结、再提炼，对可靠性流程再塑造。低成本是商业小卫星存在的基础和前提，因此本方法以选用工业级及以上等级的元器件为主，进行全部器件100％二次筛选升级，只要通过本方法的筛选，即可装星使用，以满足不同轨道不同寿命的商业小卫星可靠性要求。二次筛选升级试验是对质量等级低于航天器使用要求的器件所进行的一系列筛选试验，通过这些试验剔除早期失效的器件，并验证器件的质量和性能满足航天器使用要求，其中工业级进口器件主要涉及器件真假和材料结构原因带来的固有问题，如密封性、空洞、分层、掩膜钝化、金属化层缺陷等。
[0042]
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本方法已经成功的应用在多个型号的商业小卫星元器件筛选上，其综合元器件合格率超90％，早期缺陷发现率100％，使用本方法的商业小卫星在轨时间达到了设计的要求，平均在轨时间1-3年，部分已经超过服役寿命达到5年的水平。从经济效果来看，由于本办法的使用，整个商业小卫星的制造及维护成本与同类大卫星类比，其制造及运营成本为大卫星的1/5左右，加之本方法成熟稳定，非常有利于商业小卫星组批生产，使用了本方法的小卫星星座组批生产能力大约年10-20颗的水平。通过对元器件多次筛选和不断的完善，该方法的试验流程已经固化，具备了制定标准化流程的基础，在多型小卫星上进行了成功的在轨应用，达到了预期的卫星设计寿命。
[0043]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。