В. Группа интегральных микросхем

Интенсивность отказа интегральной микросхемы

 

(2.16)

 

где – коэффициент сложности микросхемы и теплового режима, – коэффициент корпусирования, – коэффициент снижения питающего напряжения, остальные коэффициенты – как и для предыдущего случая.

Коэффициент вычисляется по формуле:

 

(2.17)

 

где – температура кристалла микросхемы, а постоянные и выбираются из таблицы 2.5.

Таблица 2.5

Коэффициент сложности ИМС

Тип ИМС	Кол-во элементов ИМС или кол-во “бит” для ОЗУ	Значение коэффициентов
А	В
Цифровые логические ИМС	10…100	0,001632	0,02079
1000…5000	0,009
>100000	0,018
Оперативные запоминающие устройства	1024…4096 бит	0,00285	0,02079
>16384 бит	0,005
Аналоговые ИМС	10…100	0,0016	0,023
1000…5000	0,003
>5000	0,004

Коэффициент корпусирования ИМС для ИМС в пластмассовом корпусе, для остальных корпусов .

Коэффициент для КМОП ИМС () равен:

- при ;

- при ;

- при .

Аналогично проводятся расчёты интенсивности отказов других типов ЭРЭ. При расчётах обязательно учитываются все элементы объекта, в том числе и пайки. Кроме того необходимо учитывать интенсивность отказов элементов, находящихся в режиме ожидания в обесточенном состоянии с периодическим контролем работоспособности. Эти данные приводятся в упомянутых выше справочниках.

Такие расчёты являются довольно трудоёмкими. Поэтому их выполняют как правило на ЭВМ с использованием специальных программ. Более подробно о расчёте надёжности средствами ЭВМ можно ознакомиться в методических указаниях к практическим занятиям по этой дисциплине [7]. На кафедре ПЭ и ЭТ имеется учебная программа расчёта надёжности электронных объектов, которую вы можете использовать при курсовом и дипломном проектировании.

3 ПОВЫШЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ

3.1 Схемные методы повышения надёжности

Анализируемые инженерною практикою отказы электронных объектов принято разделять на внезапные и постепенные. Первые возникают вследствие действия неуправляемых и непрогнозируемых факторов случайного порядка. Постепенные возникают в результате действия физико-химических причин, накапливаемых во времени (старение, износ и т.п.). Такой отказ характеризуется постоянным изменением одного или нескольких параметров объекта. Поэтому его влияние может быть своевременно обнаружено во время профилактического обслуживания и нейтрализовано путём ремонта.

На практике имеют место внезапные отказы двух видов: катастрофичные и параметричные (деградационные). Статистически их довольно трудно разделить, но “львиную” долю, как правило, составляют дефекты и отказы, вызванные дрейфом параметров в ограниченном пространстве значений параметров. Т.о. интенсивность отказа электронного объекта:

 

(3.1)

 

где – интенсивность катастрофических отказов;

– условная интенсивность отказов по параметрам “i”,

– число учитываемых параметров.

Катастрофические отказы – это короткие замыкания и обрывы внутренних и внешних цепей ЭРЭ, которые приводят к безусловной потере работоспособности нерезерованного ЭРЭ независимо от его схемы. Вероятность потерь при отклонении того или иного параметра ЭРЭ от нормы в ограниченных рамках его значений существенно зависит от допустимого значения этого отклонения, т.е. от критерия отказа по параметру, реализуемого в конкретном устройстве. Например для типового транзистора с коэффициентом усиления , при . Если же схему спроектировать (рассчитать) некритичную к снижению до 20, то .

Т.е. при соответствующем схемно-конструктивном решении объект, выполненный на ЭРЭ с не очень высокими показателями стабильности и качества, может стать более надёжными, чем выполненный на ЭРЭ с более стабильными параметрами за счёт снижения доли параметрических отказов в эксплуатации.

По данным эксплуатации в том случае, когда критерий отказа элемента по определяющим параметрам в 2…3 раза шире, чем обусловлено ТУ, его интенсивность отказов уменьшается в 5…10 раз.

3.2 Общие и специальные методы повышения надёжности

Наиболее жёсткие требования по надёжности предъявляются к объектам космической техники, противовоздушной и противоракетной обороны, системам управления атомных станций, системам бесперебойного питания (для ЭВМ, связи, операционных) и т.п.

К общим методам повышения надёжности можно отнести:

- чёткая регламентация условий эксплуатации изделия;

- оптимальный выбор функциональной схемы изделия;

- выбор ЭРЭ, комплектующих с высокой надёжностью;

- реализация высококачественных, бездефектных процессов изготовления изделий;

- проведение отбраковочных испытаний на стадии разработки, изготовления макетов, узлов, отдельных блоков для выявления слабых мест схемы, конструкции, технологии;

- создание системы выявления производственных дефектов как изделия в целом, так и отдельных элементов;

- создание системы наблюдения за качеством работы, профилактических мер и ремонта (обычно на больших предприятиях создают службы качества).

К специальным мерам относят:

- применение более высоконадёжных элементов, комплектующих;

- применение электротермотренировки как на стадии входного контроля, так и при выпуске, чем исключается участок I на рис.1.1.;

- применение облегчённого режима работы ЭРЭ и компонентов (рекомендуемый ). При таком снижении коэффициента нагрузки интенсивность отказов ЭРИ уменьшается в 5…10 раз;

- схемноконструктивные меры, обеспечивающие более широкую нечувствительность объекта к изменению параметров его комплектующих (см. раздел 3.1);

- резервирование.