Введение

Задача достижения высокого уровня надежности является ключевой при создании новых высокоэффективных электронных модулей. Решение этой задачи зависит от состава элементной базы, способа сопряжения элементов и ряда других показателей, характеризующих сложность организации схемы модуля. Надежность элементов, в свою очередь, определяется их типом, режимами и условиями эксплуатации, конструкторско-технологическими факторами.

Ниже приведен алгоритм расчета, позволяющий оценить эксплуатационную интенсивность отказа для различных типов элементов электронных модулей, работающих в условиях внезапных отказов, в соответствии с заданной нагрузкой, качеством изготовления и другими факторами, влияющими на надежность элемента.

1. Расчет показателей интенсивности отказов

элементной базы модулей

Зависимость для расчета эксплуатационной интенсивности отказа элементной базы электрических модулей λ_бсг имеет следующий вид:

, (1)

где λ_э – значения эксплуатационной интенсивности отказов;

λ_бсг – значения базовой среднегрупповой интенсивности отказов;

K_i – коэффициенты, отражающие режим эксплуатации, температурные условия, технологию изготовления и ряд других факторов.

Методики определения λ_бсг и коэффициентов влияния для различных типов элементов схемы приводятся ниже.

1.1 Полупроводники

Расчет эксплуатационной интенсивности отказов λ_э для различных группы полупроводниковых изделий осуществляется по следующим зависимостям:

• диоды и диодные сборки: ;

• стабилитроны: ;

• диоды СВЧ: ;

• транзисторы биполярные, сборки транзисторные: (2) ;

• транзисторы биполярные СВЧ мощные: ;

• транзисторы полевые: ;

• тиристоры: ,

где λ_бсг – значения базовой среднегрупповой интенсивности отказов;

K_р – коэффициент режима;

K_дн – коэффициент динамической нагрузки;

K_ф – коэффициент функциональности;

K_F – частотный коэффициент;

K_T – коэффициент технологичности;

K_s1 – коэффициент нагрузки;

K_э – коэффициент жесткости условий эксплуатации;

K_к – коэффициент качества изготовления.

Значения λ_бсг и коэффициентов K_дн, K_ф, K_F, K_T, K_s, K_э, K_к приведены в табл. 1, 4, 5-11.Значения K_р находят, используя уравнения (3), (4) и табл. 2, 3.

Таблица 1

Значение базовой среднегрупповой интенсивности отказов λ_бсг

Коэффициент режима K_р определют в зависимости от электрической нагрузки как

. (3)

Здесь A, N_c, T_m, C_t – константы (см. табл. 2);

S – показатель электрической и температурной нагрузки:

(4)

где t – температура окружающей среды;

K_эл – отношение рабочей электрической нагрузки к максимально допустимой при t_cр.макс;

t_cр.макс – максимально допустимая температура окружающей среды, для

которой при 100%-ой электрической нагрузке, температура перехода не превышает максимально допустимую t_{пер.макс}.

Таблица 2

Значения констант для коэффициента режима K_р

Коэффициент K_эл в зависимости от типа изделия находят так:

• диоды (кроме стабилитронов), диодные сборки: K_эл= I_{пр.ср.раб}/ I_{пр.ср.макс};

• стабилитроны: K_эл = I_ст.раб / I_{ст.макс} или K_эл = P_раб /P_макс;

• транзисторы, сборки транзисторные, диоды СВЧ: K_эл = P_раб / P_макс;

• тиристоры: K_эл= I_ср.раб/ I_{ср.макс},

где I_{пр. ср.раб} – рабочий средний прямой ток;

I_{пр.ср.макс} – максимально допустимый средний прямой ток при t_{ср.макс};

I _ст.раб – рабочий ток стабилизации;

I _{ст.макс} – максимально допустимый ток стабилизации при t_{ср.макс};

I_ср.раб – рабочий средний ток;

I_{ср.макс} – максимально допустимый средний ток при t_{ср.макс};

P_раб – рабочая мощность рассеивания;

P_макс – максимально допустимая мощность рассеивания при t_{ср.макс}.

Если температура t не соответствует значениям K_эл из табл. 3, то принимают K_р=1.

Таблица 3

Коэффициент K_р в зависимости от температуры окружающей среды t

Таблица 4

Коэффициент функциональности K_ф в зависимости от режима работы

Таблица 5

Коэффициент нагрузки K_s1 в зависимости от группы полупроводников

Здесь U_{обр.раб} – постоянное обратное напряжение диода;