高集成度微波组件对地阻抗失效案例分析

高集成度微波组件对地阻抗失效案例分析

俞忠武, 刘志高 ,盛景恺

（空军装备部驻南京地区第二军事代表室，南京，210000）

摘要：随着小型化和高集成度技术的不断发展，微波组件的尺寸越来越小，精细化程度越来越高，组件失效的原因排查往往难以直观判断。本文分析了高集成度微波组件对地阻抗失效典型案例，描述了失效现象和失效分析过程，阐述了失效原因，提出了应对措施，验证了措施的有效性，为高集成度微波组件的问题处理、研发设计提供参考指导和依据。

关键词：高集成度微波组件，对地阻抗，失效分析

1 前言

目前微波组件技术已经被广泛地用于各种通讯装备中，如先进的火控雷达、远程预警探测系统等，高集成度微波技术的使用已成为判别现代高新武器装备的一个重要标准[1]。微波组件包括微波器件（如分频器、限幅器、放大器等）和多功能微波组件[2]（如由滤波电路、微波器件等组合而成的变频组件或鉴相组件等）。微波组件在通信、雷达和电子对抗等领域应用具有广阔的应用前景。

高集成度微波组件的失效有多种现象[4]，对地阻抗失效是一种常见故障。本文通过某型高集成度微波组件对地阻抗经典案例的分析，描述了解决该问题分析过程和失效原因，为微波组件的设计和失效分析提供了参考。

2对地阻抗失效现象

某型高集成度微波组件失效现象为：在常温和高低温条件下，工作正常；但在机械振动的条件下，导致整机工作电流异常偏大。经层层推进式排查，发现故障组件的某一路通道信号端口电压信号对地短路，即对地阻抗失效。某地址位对地电阻应为1M欧姆，实测仅为80欧姆。

3.对地阻抗失效分析

3.1失效现象原理分析

该模块地址位为A0、A1、A2和A3，4个地址位均与模块内部的4-16译码器输入端相连，用于通道选择控制信号，其电路原理框图如图1所示。

图1 模块部分电原理框图

根据图1所示电原理框图，地址位对地阻抗低的原因可能为：地址位传输路径存在低阻，如连接器内导体对地电阻偏低或模块内信号传输引线对地电阻偏低；译码器芯片失效。

3.2失效定位过程

组件外形完好，可以判断未受到机械撞击损伤。打开盖板，利用显微镜检查组件失效地址位传输路径。

1、检查地址传输路径：检查引线和键合金丝，均无对地短路的情况；断开连接器内导体与模块内部的连接引线，单独测量连接器和译码器芯片，测量连接器内导体对地电阻，指标为不小于5000M欧姆，实测阻抗偏低，结果失效。可判定故障地址位传输路径存在失效故障；

2、检查译码器芯片：在显微镜下检查译码器芯片，进行译码器芯片的地址位进行阻抗测量，结果正常；

因此，可以判定，连接器内部传输路径失效故障导致内导体对地绝缘电阻偏低。

3.3 失效原因分析

对某型连接器进行结构分析，结构如图2所示。

图2  某型连接器结构图

某型连接器由外壳、引线以及玻璃体三部分组成。外壳和引线采用玻璃封接可伐合金，通过玻璃高温封接实现连接器的气密封和绝缘性能。外壳焊接在铝合金/硅铝/钛合金的模块外壳上，实现模块内部的气密性要求，引线扁位端和模块内部的PCB板通过焊接/键合方式实现信号的传输和控制[3]，实现模块内外部信号的传输。

采用绝缘电阻测试仪，测量连接器引脚和外壳之间的绝缘电阻，发现绝缘电阻不合格；在高倍显微镜下观察，发现三根引脚扁位焊接端根部及玻璃表面异常，玻璃表面有裂纹，且裂纹上有不明物质（图3），引脚根部有锈蚀痕迹，其他引线和外壳之间的玻璃表面未见异常。采用扫描电镜对裂纹上不明物质进行能谱分析，发现物质主要成分为玻璃、碳、铁、氯等原子/离子。

图3 裂纹和多余物

经专业厂家分析，连接器失效机理为：

外壳和引线通过高温熔封玻璃烧结连接。玻璃是脆性材料，引线在周转过程中对插拆卸不当，受外力作用，根部玻璃绝缘子容易开裂/崩裂。引线根部可伐基体材料暴露在空气当中，容易发生吸潮氧化的化学反应，导致基体腐蚀。在连续通、放电的情况下，引线会在玻璃绝缘子贯穿性裂纹中形成通路，产品绝缘性能下降。当引脚绝缘电阻下降到足够低，会导致模块无法正常工作，出现对地电阻失效现象。

4 失效处理和预防措施

由于该型号连接器采用最高温度梯度进行烧结，故障件无法返修，报废处理；已使用该型号连接器的微波组件，制定老化方案，开展老化试验，剔除存在潜在风险的组件[4]。承制单位需完善工艺流程，加强过程控制，提高产品质量；增加目检环节，剔除外观有缺陷的连接器；加严出厂检验标准，增加筛选试验强度，剔除早期失效。

通过采取以上措施，对地电阻失效问题得到了有效解决。

5 结论

本文分析了一种高集成度微波组件对地失效案例，连接器玻璃体受损造成绝缘性能减弱，导致连接器内导体对地电阻偏低。在深入分析原因的基础上，采取了有效的纠正和纠正措施。对地电阻失效是个隐蔽性强的故障，迫切需要组件生产商加大过程控制，强化过程监督，不断提升微波组件的质量。

参考文献

[1] 叶显武著.JianZ相控阵雷达的技术发展与应用.现代雷达，Vol.34，No.6，Page5~Page8，2012.6

[2] 胡明春 周志鹏 严伟著.相控阵雷达高集成度微波组件技术.北京：国防工业出版社，2010.7

[3] 胡仕伟，方圆，钱志宇.基于多层PCB布线的Ku波段TR组件的设计.电子与封装，Vol.13，No.11，Page28~32，2013.11

[4] 恩云飞 谢少锋 何小琦著.可靠性物理.北京：电子工业出版社，2015.10

作者简介：

第一作者：俞忠武（1984.01—），男，汉，辽宁葫芦岛人，工程师，研究方向：质量监督与管理。

第二作者：刘志高（1976.09—），男，汉，安徽庐江人，高级工程师，研究方向：质量监督与管理。

第三作者：盛景恺（1983.07—），男，汉，江苏南京人，工程师，研究方向：质量监督与管理。