机载电子设备中电磁继电器失效机理和失效分析

在机载电子设备维修过程中，常常会出现电子元器件失效，从而影响电子设备的正常工作。文中阐述了常见的电阻器类、电容器类、电感和变压器类、集成块类及接触器类元器件的主要失效模式，并着重分析了机载电子设备中常用的电磁继电器的失效机理和失效模式。针对两例因电磁继电器失效引起机载电子设备故障的案例，开展电磁继电器失效原因分析。

【关键词】电子元器件 失效分析 失效机理 电磁继电器

电子元器件是机载设备的核心部件，电子元器件的失效和潜在缺陷将会对武器装备的可靠性产生重要的影响。电子元器件在研制、生产、实验和使用过程中时常会发生失效现象，在机载设备维修时，能够从成千上万个数十种元器件中找到失效元器件已经是一件不简单的事情，而要能够弄清楚电子元器件失效的原因、是否存在失效的规律，能够找到引起它失效的影响因素就更加不容易。

开展电子元器件失效分析的目的就是通过确定失效模式和失效机理，提出对策，采取措施，防止类似的失效模式和失效机理重复出现。目前的航空维修产业，失效分析在质量归零中具有特别重要的意义和作用。在电子信息技术迅速发展的今天，航空维修对于电子元器件可靠性的问题也越来越重视。

1 常用电子元器件的失效模式

机载电子设备中的电子电路和电子系统主要是由各种元器件组成的，主要的元器件种类有电阻器类、电容器类、电感和变压器类、集成块类、接触器类。

电阻器类元器件包括电阻和可变电阻，它们在电子设备中使用量大，并且是一种易发热消耗功率的元器件。电阻器的失效模式与产品结构、工艺、使用环境等密切相关，主要分两大类：致命失效和参数漂移失效。致命失效主要表现为短路、机械损伤、接触损坏、短路、绝缘、击穿等，由于电阻阻值漂移导致的失效较少，只有10%左右。

接触器类的元器件主要可分为开关、连接器、继电器和启动器等，其中开关和接触件以机械故障为主，主要由于磨损、疲劳和腐蚀所致，而接点故障、机械失效等则是继电器等常见的失效模式。

2 电磁继电器工作原理及常见的失效机理

2.1 电磁继电器工作原理

继电器是当今航空航天等领域应用非常广泛的电子元器件，它是用较小电流来控制较大电流的一种自动开关。继电器种类繁多，通常将继电器分为电磁继电器、干簧继电器、时间继电器及固态继电器等几种。其中电磁继电器结构清晰、工作可靠，是机载电子设备应用最广泛的一种继电器。图1给出了部分电磁继电器产品实物图。

电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点、簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，进而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断目的。

2.2 电磁继电器主要失效模式和失效原因

电磁继电器整体失效的主要模式有：继电器常开、继电器常闭、继电器动弹簧动作不满足要求、触点闭合后继电器电参数超差，继电器有不稳定故障。

由于电磁继电器生产工艺的不足，很多电磁继电器的失效在生产过程中就埋下质量隐患，如机械应力释放期过短导致机械结构成型后部件变形，残留物去除不尽导致PIND检测不合格甚至失效，出厂检测与使用筛选不严使得失效器件投入使用等。

3 机载电子设备中电磁继电器失效案例分析

3.1 转换器设备中固定部位的继电器易失效

转换器设备中装有30余个电磁继电器，根据故障情况统计，有2个固定位置的继电器故障发生次数明显高于其他部位，且该部位的电磁继电器故障模式主要为触点常闭或常开。

检查失效的电磁继电器外观，没有发现异常，且失效继电器周围的元器件也没有受到损伤。打开继电器进一步检查，继电器触点没有积炭污染等异常现象，在检查继电器电磁铁时，发现缠绕在铁芯上的线圈有断丝现象，这便是导致电磁继电器失效的原因。

分析转换器电路原理，失效部位的电磁继电器后端接入的电子设备消耗电流要大于其它位置继电器，而在设备设计时，设计人员选用了相同型号的继电器，同时给予器件的冗余度不够，因此这两个固定位置的继电器比其他位置继电器出现故障的概率要高。

转换器设备中固定位置的继电器是因为长期在大电流的情况下工作，经长时间大电流工作，电磁继电器内部线圈因长期受热，最终熔断失效。

3.2 机载电源配电设备继电器接入负载后失效

机载电源配电设备空载时，各项性能正常，设备内的继电器均可正常工作，当设备后端接入负载后，设备内部某一继电器不能正常吸合，导致设备故障。

继电器在生产过程中，要经过焊接等工序，焊接后若不进行完全清洗，就会残留部分生胶带和松香焊剂，在继电器工作一段时间后，这些残留物会释放出有机分子，继电器继续使用，有机分子将会吸附聚集在触点表面，形成有机薄膜，因有机薄膜不导电，引起触点接触电阻增大，最终导致继电器性能下降直至最终失效。

4 结论

电磁继电器只是机载电子设备应用的电子元器件中的一类，而我们在机载电子设备维修过程中会遇到各种类型各种模式的电子元器件失效，通过失效分析，我们可以对设备的修理工艺提出改进建议和提高可靠性的改进措施，逐渐转换修理模式，从修理中总结经验，将事后修理慢慢与预防性修理结合，提高产品修理技术水平。从失效分析看，电子元器件使用前的严格有效筛选也是可以帮助我们提高机载电子设备的维修质量，减少因电子元器件自身缺陷带来的质量隐患。

参考文献

[1]孔学东、恩云飞.电子元器件失效分析与典型案例[M].北京：国防工业出版社，2006.

[2]刘宇通.电子元器件的失效机理和常见故障分析[J].数字通信，2012（06）.

作者单位

金陵机械制造总厂 江办省南京市 211100