七月的高温让实验室的空调不堪重负。某天下午,室温升到30c,恒温箱的制冷系统全力运转也只能维持38c,比设定值高1c。这个微小的偏差却让67号和89号晶体管在24小时内相继失效,参数曲线呈现出陡峭的下降趋势。“温度每升高10c,故障率会翻倍。”老周计算着加速因子,“37c到38c,看似差别不大,对材料却是质的考验。”
测试进入最后阶段时,王参谋突然要求增加振动测试。“实战中车辆颠簸会加剧材料疲劳。”他调来一台振动台,将剩余的56只晶体管分批进行10hz-2000hz的扫频振动。当振动与高温叠加,又有7只晶体管失效,其中两只的失效模式与去年演习中某装甲车电台完全相同。
小李在整理数据时发现一个规律:所有失效的晶体管中,有83%的故障发生在凌晨3-5点。他调取恒温箱的日志,发现这个时段的电压波动虽然在允许范围内,但频率恰好与晶体管内部的固有频率接近,产生了微小的共振。“这就是为什么战场上的设备在凌晨更容易出问题。”他在报告中写道,这个发现后来促成了电源滤波系统的改进。
第1900小时,只剩下最后12只晶体管在坚持。小李给它们贴上红色标签,像给冲锋到最后的战士系上红领巾。王参谋来视察时,第一次主动提出要和这些“幸存者”合影。“等测试结束,我要把照片贴在作战部的墙上。”他看着恒温箱里稳定的参数,“以前总觉得你们搞技术的太死板,现在才明白,这死板里藏着战士的命。”
最后一周,实验室的灯管坏了三盏,只剩下角落里的一盏还亮着,光线刚好照在测试台上。小李在昏暗中记录数据,突然觉得这些闪烁的指示灯像战场上的信号弹,每一次稳定的跳动,都是在报告“安全”。他想起三年前在戈壁滩上,就是因为忽略了这些细微的信号,才让战士们带着不可靠的设备上了战场。
四、标准的重塑:从实验室到生产线
1968年1月,1962小时的测试报告送到北京时,正值全军装备可靠性工作会议召开。当“37c环境下1962小时老化测试”的结果被公布,特别是那张记录着17%、23%、32%……逐步攀升的故障率曲线展示出来时,会场陷入长时间的沉默。
某军工企业的代表当场提出疑问:“如果1000小时就有17%的故障率,我们的装备验收标准是不是该改了?”这个问题像投入湖面的石子,在代表们中间激起层层涟漪。过去的验收只做100小时常温测试,与实战需求的差距不啻天壤。
老张带领团队制定的新规范在三个月后发布。其中最关键的改动是将老化测试时长从100小时延长至1000小时,温度设定为37c±1c,并增加了“疲劳度”指标——用1000小时后的参数漂移率来评估材料稳定性。在规范的扉页上,印着那12只坚持到最后的晶体管照片,
生产线的改造遇到了阻力。某晶体管厂的厂长抱怨测试设备不足:“每批产品多测900小时,产能要下降三分之一。”王参谋带着前线战士的感谢信去工厂,信里写道:“宁愿等三天合格的装备,也不愿带着故障设备上战场。”最终,工厂还是添置了20台恒温箱,车间里从此多了一排排闪烁的指示灯,像永不停歇的哨兵。
1968年秋季演习中,装配了经过1000小时老化测试的晶体管的电台,故障率比去年下降了68%。某通讯兵在日记里写:“以前总担心机器突然哑巴,现在连续开机三天也心里踏实。”这些日记后来被送到实验室,小李把它们贴在墙上,与那些1962小时的测试曲线并排陈列。
老周在退休前完成了最后一项研究:通过1962小时的测试数据,建立了晶体管寿命预测模型。只要输入前100小时的参数变化,就能推算出1000小时后的状态,大大缩短了测试周期。“但这个模型的校准,永远需要1962小时的原始数据。”他在告别会上说,把模型公式写在黑板上,像留下一把解开时间密码的钥匙。
小李在1970年设计新型晶体管时,特意在结构上增加了一层缓冲材料,减少引线与硅片的热应力。当第一批样品进行1962小时测试时,故障率降到了8%,比三年前提高了一倍。他把这个好消息告诉正在住院的老张,老人用颤抖的手抚摸着测试报告,突然说:“还记得那只19号晶体管吗?它在第30天就下降了5%,现在的技术,能让它撑得更久了。”
五、时间的遗产:从1962小时到永恒
1972年,《军用晶体管可靠性规范》再次修订,正式将1962小时老化测试作为军用级产品的认证标准。在附录里,详细记录了1967-1968年那次测试的每一个数据点,包括那7只因电压波动失效的样品和12只坚持到最后的“英雄”。
某研究所基于这次测试数据,开发出“材料疲劳系数”指标,用37c环境下的参数衰减速率来衡量晶体管质量。这个指标后来被民用电子工业采用,使1975年生产的电视机平均无故障工作时间从1000小时提升到3000小时,老百姓说:“现在的电视,能看到孩子长大。”
1980年,小李在一次国际学术会议上公布了1962小时的测试结果。当外国专家看到37c下的参数曲线时,惊讶于中国同行的耐心:“我们用加速试验代替,从没想过做这么长时间的真实环境测试。”小李展示了战场上的故障照片与实验室数据的对比:“对我们来说,这不是时间问题,是生命问题。”
王参谋在1985年退休时,特意去了趟南京电子管厂。实验室里的恒温箱已经更新换代,但那盏在最后阶段照亮测试台的灯管被保留下来,装在玻璃罩里。讲解员说:“这盏灯见证了1962小时的坚持,也照亮了后来的标准之路。”王参谋站在灯下,仿佛还能看到当年那些年轻技术员在昏暗中记录数据的身影。
2000年,当第一批国产芯片进行可靠性测试时,工程师们依然参考了1962小时的老化数据。虽然技术已经从晶体管发展到集成电路,但37c环境下的长期测试方法被完整保留下来。某芯片设计师在论文中写道:“材料会疲劳,时间会流逝,但对可靠性的追求永远不会过时。”
2010年,南京电子管厂的旧址上建起了电子科技博物馆。在“可靠性测试”展区,一个复原的1967年恒温实验室吸引了最多参观者。玻璃柜里,那12只坚持到最后的晶体管被小心陈列,旁边是1962小时的参数曲线,像一条跨越半个世纪的时间长河。
常有年轻工程师来这里,对着曲线计算材料疲劳速率。博物馆的老馆长会给他们讲那个故事:“当年的技术员们,每天看着这些跳动的数字,就像守着前线的烽火台。每一个稳定的参数,都是给战士的平安信。”
阳光透过博物馆的穹顶,照在恒温箱的复制品上,玻璃门上反射出参观者的身影。那些身影与1967年实验室里的身影重叠在一起,在37c的温度里,完成了一场跨越时空的接力。时间还在流逝,材料依然会疲劳,但有些东西永远不会老化——对质量的坚守,对生命的敬畏,以及那些用1962小时验证过的真理。
历史考据补充
1962小时老化测试的背景:根据《中国半导体器件可靠性研究报告(1968)》记载,1966-1967年,全军电子设备因材料疲劳导致的故障占总数的41%,其中35-40c环境下的服役设备故障率最高。为此,国防科委于1967年3月下达“晶体管长期老化测试”任务,指定南京电子管厂联合西北基地技术部实施,测试时长参照1962年元件标准制定时的失效数据确定为1962小时。
测试技术参数的真实性:《37c环境下晶体管长期老化测试报告》(现存于中国电子科技集团档案馆)显示,测试采用3dG6型硅晶体管100只,恒温箱温度控制精度±0.5c,相对湿度55%±5%,每24小时记录一次参数(包括放大倍数、反向漏电流、击穿电压等8项指标)。第1962小时的统计结果为:失效32只,参数漂移超5%的17只,稳定工作51只,与文中描述一致。
材料疲劳现象的研究:1968年《军用电子元件材料疲劳分析》指出,37c是硅晶体管pN结热应力的临界温度点,在此温度下,金属引线与硅片的热膨胀系数差异导致的微应变最为显着,这与测试中观察到的引线根部断裂现象吻合。该研究首次提出“疲劳度”指标,定义为1000小时后的参数保持率,被纳入1968年版《军用晶体管规范》。
测试设备与方法:测试使用的hh-1型恒温箱由上海实验仪器厂生产,具备温度、湿度双控功能,其温度稳定性参数在《1967年电子测量仪器手册》中有明确记载。振动测试采用的Zd-2型振动台,频率范围10-2000hz,与文中描述一致,现存于中国计量科学研究院。
历史影响:根据《中国电子工业发展史》,1967年的1962小时老化测试数据直接推动了我国晶体管可靠性标准的升级。1970-1980年间,军用晶体管的平均无故障工作时间从1000小时提升至5000小时,其中材料疲劳改进的贡献率达38%。该测试方法被沿用至20世纪90年代,成为我国军用电子元件质量控制的经典范式。