Аксенова И.К., Мельников А.А. Основы конструирования радиоэлектронных приборов (1986), страница 12

3.9 11] для общего и раздельного резервирования. Из графика следует, что для ряда резервированных систем существует такой момент времени Фцр, после которого использование резервированной системы не оправдано. Поэтому если не учитывать осо- г г бенности профилактики систем, то резервирование более выгодно применять для систем кратковременного 1 действия, когда з «,з,р, то- т с мз км гда как для систем длитель- НОГО ИСПОЛЬЗОВаНИя, КОГда Ркс.

Зхн Зазкскмость квтейсвво об р а 3 н о к о с т к о т к а з в Р е з е Р в Я Р о в а к в Я системы от времекк: ПОЛЬЗОВатЬ друГИЕ МЕтОдЫ Г вЂ” общее резервнроаенне; З— повышения надежности. раздельное резервнрованйе Выбор метода повышения надежности и выбор конкретного способа резервирования в значительной степени определяются категорией РЭА. Например, для современных сложных вычислительных комплексов, насчитывающих сотни и тысячи узлов и блоков, использование резервирования замещением может привести к простою машины, необходимости повторения программ, что снижает оперативность решения задачи.

Поэтому вытекает необходимость использовании постоянного резервирования или разумного сочетания постоянного резервирования с резервхпрованием замещением. Методы резервирования, эффективные для цифровых устройств, могут оказаться малопригодными для устройств аналогового типа. Для аналоговых устройств чаще может использоваться резервирование замещением, что объясняется отсутствием взаимного влияния основного и резервного каналов.

Таким образом, разнообразие существующих категорий РЭА затрудняет построение общих конструктивзных подходов и единых требований по надежности. Поэтому выбор показателей, принятие решения о введении различных методов, повышающих надежность, делалтг дифференцированно в зависимости от категории проектируемой аппаратуры. й З.б. Особенности обеспечения надежности микроэлектронной аппаратуры Основу современной микроэлектронной аппаратуры составляют ИМС различной степени интеграции. С переходом на микроэлектронную элементную базу изменяется традиционный подход к проблеме обеспечения надежности, характерный для РЭА предшествующих поколений. К проблеме обеспечения надежности микроэлектронной аппаратуры принят физический подход, суть которого заключается в создании системы управления качеством ИМС и аппаратуры в целом.

Система основывается на ускоренном выявлении, потенциально дефектных или ненадежных экземпляров ИМС, изучении физических механизмов и процессов, приводящих к отказам аппаратуры н комплектующих ее ИМС, соотнесения дефектов в ИМС со структурой и особенностями базовых циклов изготовления, контроля и использования ИМС. В РЭА предшествующих поколений компонентамн надежности были реальные физические объекты — транзисторы, диоды, лампы, резисторы, конденсаторы и т. д., а вся аппаратура моделировалась в виде совокупности больших количеств разнородных комплектующих изделий. При физическом подходе информацию о свойствах компонентов ненадежности получают статистической обрабоТкой данных об отказах ИМС разных типов с разной схемотехникой, но реализованных одинаковыми конструктивными и технологическими способами. Полученная информация о дефектах обрабатывается н в действие включается надежностная обратная связь, заключающаяся в воздействии на основные компоненты ненадежности путем усовершенствований, вносимых в процессы проектирования, изготовления, контроля и исследования ИМС и аппаратуры в целом.

Можно выделнть основные типы отказов ИМС. Для полупроводннновых ИМС харантерны отказы, связанные е фнзнчесхнмн процессамн внутри полупроводникового нрнсталла, е явленнямн на поверхноетн кРисталла, а также внутренннмн н внешннмн дефектами нонтантов. Для гибридных ИМС, использующих тоннопленочную технологню, харантерны отказы, зависящие от надежностн навесных антнвных н пасенвных злементов, а также отказы, вызванные нарушеннямн в нонтантах н контактных площадках. Для всех ИМС харантерны отказы, вызванные нарушеннем механнчесяой целостности н герметичности корпусов ИМС. 55 Одним из средств повышения надежности можно считать.испытания ИМС.

В настоящее время разработаны обширные программы испытаний, которые можно разделить на три вида: а) входной контроль; б) отбраковочные испытания; в) ускоренные испытания. Входной контроль ИМС служит для проверки соответствия нормам технических требований. Входной контроль проводят в эксплуатационных условиях и режимах, которые оговорены в документации на ИМС. Испытания, которые проводятся при входном контроле, организуют так, чтобы обеспечить возможность рекламаций заводу-изготовителю.

Отбраковочные испытания в отличие от входного контроля обычно не связаны с рекламацией и поэтому являются более жесткой процедурой. Отбраковочным испытаниям могут подвергаться все ИМС перед их установкой в специальную аппаратуру. Цель отбраковочных испытаний — стимулировать отказы ИМС, имеющих скрытые технологические дефекты, не понизив при этом ресурса надежности остальных ИМС.

Таким образом, отбраковочные испытания являются неразрушающим контролем для годных ИМС и разрушающим контролем для потенциально ненадежных. Эти испытания можно считать одним из звеньев системы управления качеством аппаратуры. Ускоренные испытания в отличие от отбраковочных являются выборочными н разрушающими. Ускоренные испытания проводятся для оценки надежности при форсированном действии тех факторов, которые ускоряют протекание процессов отказов. Основными такими факторами являются температура, влажность и электрические нагрузки.

Одним из иаправленнй повышения надежности ИМС является применение постоянного резервирования внутри ИМС. Использование этого направления характерно для цифровых интегральных микросхем. Например, микросхемы серий К104, К!06, К!14 и другие включают резервные логические элементы; серия К206 представляет собой резервированные логические элементы. Не менее важным звеном в обеспечении надежности современной РЭА является тщательный анализ отказов. Отказавшие ИМС представляют большую ценность для выявления причин отказов, а результаты анализа отказавших ИМС строго фиксируются.

Современные ИМС имеют интенсивность отказов !О-г — 1О-з 1/ч. Правиль- 5? ная классификация экспериментальных данных о компонентах ненадежности ИМС позволит эффективно прогнозировать надемсность РЭА новых поколений. ГЛАВА 4 КОМПОНОВКА РВА $4 1. Основные принципы компоновки Наиболее сложной и ответственной задачей при конструировании РЭА является компоновка разрабатываемого изделия. Компоновка радиотехнического изделия — это размещение на плоскости или в пространстве различных элементов изделия. Такими элементами могут быть радиодетали (резисторы, конденсаторы, катушки нндуктивности н т. п.), функциональные узлы различного конструктивного исполнения (модули, интегральные микросхемы, мнкросборки н т.

п.), блоки и приборы. В результате компоновки должны быть определены геометрические размеры, форма, ориентировочная масса изделия и взаимное расположение всех элементов в конструкции. Компоновка проводится по электрической принципиальной схеме изделия. Имея эту схему, конструктор должен создать модель конструкции изделия, учитывая большое количество различных факторов и требования технического задания на разработку изделия. Компоновка — наиболее сложная работа при конструировании н требует от конструктора не только большого опыта и знаний, но и творческого подхода к решению задач компоновки. Конструктору необходимо рассмотреть несколько вариантов компоновки н выбрать оптимальный вариант, при выборе которого необходимо учитывать условия производства и эксплуатации изделия. От качества компоновки в значительной степени зависят технические н эксплуатационные характеристики изделия, ремонтопригодность и надежность изделия.

При разработке компоновки радиотехнического изделия приходится учитывать сложную совокупность факторов, связанных с особенностями функционирования н эксплуатации изделия, электрическими взаимосвязями и тепловыми режимами внутри РЭА, геометрическими размерами и формой отдельных элементов конструкции. Все эти факторы учитываются при «внутренней» компоновке изделия. Иногда вместо термина «внутренняя» использу- ют термин «функциональная» компоновка. Если аппаратура обслуживается человеком-оператором, то возникает необходимость учитывать дополнительные факторы, определяющие «внешнюю» компоновку изделия, которая производится с учетом требований инженерной психологии и технической эстетики.

В РЭА существует слабан связь между внутренней и внешней компоновкой, поэтому внутренняя н внешняя компоновки рассматриваютсн как отдельные стороны конструирования. $4.2. Внутренняя компоновка изделий При внутренней компоновке необходимо удовлетворить основные требования: 1) между отдельными элементами, узлами, блокамн, приборами должны отсутствовать паразитные электрические взаимосвязи, которые могут существенно изменить характер полезных взаимосвязей и нарушить нормальное функционирование изделия; 2) тепловые поля, возникающие в РЭА вследствие перегрева отдельных элементов, не должны ухудшать технические характеристики аппаратуры; 3) необходимо обеспечить легкий доступ к деталям, узлам, блокам в конструкции для контроля, ремонта и обслуживания.

Расположение элементов конструкции должно также обеспечивать технологичность монтажа и сборки с учетом использования автоматизации этих процессов; 4) габариты и масса изделия должны быть минимально возможными. Паразитные обратные связи определяются взаимным расположением отдельных частей конструкции и соединяющих их проводников и могут возникать не только между отдельными элементами, но и между узлами, блоками, приборами, что нарушает устойчивость работы любой радиотехнической схемы. Все виды паразитных связей принято делить на электромагнитные, электростатические и кондуктивные. Электромагнитные связи возникают при протекании тока по катушкам индуктивности и проводникам; электростатические создаются за счет разности потенциалов между различными точками корпуса нли за счет паразитных емкостей; кондуктивные возникают в тех случаях, когда есть общая нагрузка для полезного и паразит- ного сигналов, т.

е. когда нагрузка является общей для нескольких электрических цепей. Чаще всего такими общими участками являются проводники питания, «земля- ные» проводники, внутренние сопротивления источника питания, общие участки корпуса. Для устранения паразитных обратных связей прежде всего необходимо рациональное размещение элементов в конструкции. Однако этого иногда недостаточно и приходится применять различные конструктивные меры, наиболее распространенными из которых могут быть следующие: связанные по схеме каскады следует располагать в конструкции в непосредственной близости друг от друга для уменьшения длины соединительных проводников; каждый элемент схемы или узел, подверженный опасности возникновения паразитиых взаимосвязей, должен иметь только одно соединение с шиной заземления„.если узлы конструкции находятся в'отдельных корпусах и соединяются между собой проводниками, то провода должны быть экранированные и объединяться в один жгут (кроме цепей питания); при компоновке усилительных устройств желательно располагать каскады по одной линии, максимально удаляя входные каскады от выходных.