5.2. Интегральные микросхемы - 5. МОДЕЛИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ

Это продолжение увлекательной статьи про .

...

style="height:22px; width:121px">

Трансформаторы:

питания преобразователей напряжения согласующие, импульсные и др.

0,0035

0,0072

0,0019

Электронно-лучевые трубки: осциллографические, индикаторные

кинескопы монохромные кинескопы цветные

1,67

1,1

13,17

Дроссели

0,033

Катушки индуктивности

0,01

Реле электромагнитные общего назначения 3

0,0304 (1/ком.)

Окончание табл. 5.3

Группа элементов	λБ ,  10–6 1/ч
Пьезоэлектрические приборы (кварцевые резонаторы, датчики, фильтры)	0,026
Линии задержки	0,04
Предохранители	0,011
Держатели предохранителей	0,003
Индикаторные электрические лампочки при минимальной продолжительности горения Тmin , указываемой в ТУ: при переменном напряжении до 12 В при постоянном напряжении до 12 В при переменном напряжении 200…240 В	1,8 5,4 77,8
Соединения (значения базовой интенсивности отказов): ручная пайка без накрутки ручная пайка с накруткой пайка волной обжимка (опрессовка) клеммный блок (узел)	0,0013 0,00007 0,000069 0,00012 0,062
Пайки сквозных металлизированных отверстий в платах с металлизированными отверстиями (значения базовой интенсивности отказов в зависимости от технологии межсоединений): печатный монтаж монтаж дискретными проводниками	0,000017 0,00011
Кабели, шнуры, провода монтажные (значения базовой интенсивности отказов) 4: кабели (провода) радиочастотные коаксиальные провода монтажные низковольтные обычной теплостойкости шнуры питания гибкие с резиновой изоляцией (без вилок питания)	0,00127 (1/м) 0,0577 (1/м) 0,037 (1/м)

Примечания: 1. Для ИМС базовые интенсивности отказов соответствуют ИС средней степени их интеграции не в пластмассовых корпусах, условиям типовой (усредненной) электрической нагрузки и температуре окружающей среды t = +25 º С.

2. Для ППП, включая полупроводниковые индикаторы, интенсивность отказов соответствует приборам не в пластмассовых (полимерных) корпусах.

1

Указано значение, приходящееся на один разряд индикатора (диодной матрицы).

1. Интенсивность отказов коммутационного изделия в целом (числитель) и дополнительная интенсивность отказов, приходящаяся на одно переключение при работе (знаменатель).
2. Интенсивность отказов, приходящаяся на одну коммутацию (срабатывание).
3. Базовая интенсивность отказов, приходящаяся на 1 метр длины.

В подразд. 5.2–5.13 приводятся формулы (модели) и таблицы, полученные путем анализа справочников [10–12], которые могут быть использованы для определения коэффициентов, входящих в модели расчета величин λЭ.

5.2. Интегральные микросхемы

Для определения коэффициента КИС, учитывающего количество элементов в ИМС или бит (для ИМС памяти), можно воспользоваться математической моделью, полученной по табличным данным работы [15]:

(5.3)

где A, S – постоянные коэффициенты модели (табл. 5.4); N – количество элементов в ИМС или бит.

Таблица 5.4 Коэффициенты моделей (5.3) и (5.4) для различных групп ИМС

Группа ИМС	A	S	B
1. Полупроводниковые цифровые (логические, арифметические, микропроцессоры, регистры сдвига и др.)	0,336	0,288	0,021
2. Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ)	0,468	0,168	0,021
3. Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) и программируемые ПЗУ (ППЗУ)	0,963	0,128	0,021
4. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Перепрограммируемые ПЗУ (РПЗУ)	1,113	0,128	0,021
5. Аналоговые ИМС	0,478	0,253	0,023
6. Гибридные интегральные ИМС	0,796	0,120	0,024

Значения коэффициента Кt могут быть получены по выражению

(5.4)

где B – константа, зависящая от функционального назначения ИМС

(см. табл. 5.4); tокр – температура среды, окружающей ИМС, ºС.

Для ИМС, работа которых допускается в облегченных электрических режимах, значения коэффициента КР могут быть рассчитаны с помощью математической модели:

, (5.5)

где Кобл – отношение рабочей электрической нагрузки к максимально допустимой (электрическая характеристика, принимаемая во внимание, выбирается в зависимости от характера облегченности электрического режима ИМС).

Значение tокр может определяться по выражению

(5.6)

где tраб max – верхнее значение рабочей температуры РЭУ;

tЗ – перегрев в нагретой зоне конструкции РЭУ (обычно tЗ ≤ 25…30 ºС).

Значения коэффициента Ккорп в зависимости от типа корпуса ИМС приведены в табл. 5.5. Значения коэффициента КV следует выбирать из табл. 5.6.

Таблица 5.5 Значения коэффициента Ккорп

Корпус	Ккорп	Корпус	Ккорп
Все корпуса, кроме пластмассовых (полимерных)	1,0	Пластмассовые (полимерные)	3,0

Таблица 5.6 Значения коэффициента КV в зависимости от максимальных значений напряжения питания

Технология	Значение КV для напряжения источника питания, В
	до 10	> 10 до 12,6	> 12,6 до 15
КМОП	1,0	3,0	10,0
Прочие виды технологий	1,0

5.3. Полупроводниковые приборы

Значения коэффициента КР могут быть рассчитаны с помощью математической модели:

где A, NT, TM, L, t – константы модели; tокр – температура окружающей среды;

КН – коэффициент электрической нагрузки (см. табл. 3.1).

Значения констант, входящих в модель (5.7), приведены в табл. 5.7.

Таблица 5.7 Константы модели (5.7)

Группа элементов	A	NT	TM	L	t
Диоды, кроме стабилитронов. Диодные сборки	44,1025	–2138	448	17,7	150
Стабилитроны	2,1935	–800	448	14,0	150
Транзисторы биполярные, кроме мощных СВЧ. Транзисторные сборки. Полевые транзисторы	5,2	–1162	448	13,8	150
Тиристоры	37,2727	–2050	448	9,6	150

Значения коэффициента КФ следует выбирать из табл. 5.8.

Таблица 5.8

Влияние функционального режима работы на коэффициент КФ

Группа приборов	Функциональный режим работы	КФ
Диоды выпрямительные, универсальные, импульсные, столбы выпрямительные, варикапы подстроечные, диодные сборки	Линейный Переключающий Выпрямительный	1,0 0,6 1,5
Транзисторы биполярные, кроме мощных СВЧ. Транзисторные сборки	Линейный Переключающий Генераторный Высоковольтные приборы	1,5 0,7 0,7 1,5
Транзисторы полевые	Кремниевые приборы: линейный переключающий генераторный СВЧ-диапазона Арсенидогаллиевые приборы	1,5 0,7 1,0 5,0 7,5

При выборе коэффициента КД следует руководствоваться табл. 5.9.

Таблица 5.9 Значения коэффициента КД

Группа приборов	Нагрузка	Значение нагрузки	КД
Диоды, диодные сборки	Максимально допустимый по ТУ средний прямой ток Iпр.ср max ТУ, А	≤ 1 > 1 ≤ 3 > 3 ≤ 10 > 10 ≤ 20	0,6 0,8 1,0 2,0
Транзисторы биполярные, кроме мощных СВЧ. Транзисторные сборки. Варикапы подстроечные	Максимально допустимая по ТУ рассеиваемая мощность Pmax ТУ, Вт	≤ 1 > 1 ≤ 5 > 5 ≤ 20 > 20 ≤ 50 > 50 ≤ 200	0,5 0,8 1,0 1,3 2,5
Тиристоры	Максимально допустимый по ТУ средний прямой ток Iпр.ср max ТУ, А	≤ 1 > 1 ≤ 5 > 5 ≤ 25 > 25 ≤ 50	1,0 3,0 6,0 10,0

Значения коэффициента КU приведены в табл. 5.10.

Таблица 5.10 Значения коэффициента КU

Группа приборов	Коэффициент нагрузки по напряжению КН(U)	Значение или модель расчета КU
Диоды, варикапы подстроечные, диодные сборки 1	От 0 до 0,6 > 0,6 до1,0	0,7 КU = 1/[2,11 – 1,11КН(U)]
Транзисторы биполярные, кроме мощных СВЧ. Транзисторные сборки.	От 0 до 0,5 > 0,5 до 1,0	0,5 КU = 1/[2,42 – 2,09КН(U)]

Примечание. 1 Используется коэффициент нагрузки по обратному напряжению.

5.4. Оптоэлектронные элементы

Значения коэффициента КР для излучающих диодов, оптопар транзисторных, тиристорных, диодных и резисторных могут быть рассчитаны с помощью математической модели:

где Iпр.ср, Iпр.ср 0 – средний прямой ток излучателя соответственно в рабочем и номинальном режимах;

Еа – энергия активации процессов деградации (Еа = 0,6 эВ); k – постоянная Больцмана (k = 8,625  10–5 эВ/К);

m – показатель степени, зависящий от свойств кристалла и принимающий значения от 1 до 2;

tп, tп 0 – температура p–n-перехода соответственно в рабочем и номиналь- ном режимах, ºС.

При работе элемента в импульсном режиме m = 2. Для других режимов в зависимости от типа излучающего материала величина m равна:

1,4 – для GaAs; 1,2 – для GaP; 1,5 – для GaAlAs, GaAsP.

Температура p–n-перехода определяется по формуле

где Рраб – рассеиваемая мощность в рабочем режиме при температуре tокр, Вт; Rт – тепловое сопротивление, ºС/Вт;

Рmax – максимальная рассеиваемая мощность при температуре +25 ºС, Вт; tокр – температура окружающей среды, ºС.

При отсутствии значений Rт температура p–n-перехода примерно может быть определена как

где tраб max – максимальная рабочая температура РЭУ, ºС.

Значение коэффициента КР для оптоэлектронных микросхем может быть принято равным единице [10].

5.5. Конденсаторы

Значения коэффициента КР могут быть рассчитаны с помощью математической модели:

где tокр – температура окружающей среды (корпуса элемента), ºС;

КН – коэффициент электрической нагрузки конденсатора по напряжению; A, B, NT, G, NS, H – постоянные коэффициенты (табл. 5.11).

Таблица 5.11 Постоянные коэффициенты модели (5.11)

Группа конденсаторов	A	B	NT	G	NS	H
Керамические, стеклокерамические, подстроечные с твердым диэлектриком	5,90910–7	14,3	398	1	0,3	3
Слюдяные	9,88510–8	16	358	1	0,4	3
С органическим синтетическим диэлектриком	9,25910–3	2,5	358	18	0,4	5
Бумажные и металлобумажные	9,58310–3	2.5	358	18	0,4	5
Оксидно-электролитические алюминиевые	3,5910–2	4,09	358	5,9	0,55	3

Значения коэффициента КС могут быть подсчитаны по математическим моделям, приведенным в табл. 5.12.

Таблица 5.12 Модели для подсчета коэффициента КС

Группа конденсаторов	Модель	Примечание
Тонкопленочные с неорганическим диэлектриком	КС = 1	–
Керамические и стеклокерамические	КС = 0,4С 0,12	С в пФ
Слюдяные	КС = 0,4С 0,14	С в пФ
Бумажные и металлобумажные	КС = С 0,05	С в мкФ
С органическим синтетическим диэлектриком	КС = С 0,05	С в мкФ
Оксидно-электролитические алюминиевые	КС = 0,2С 0,23	С в мкФ

5.6. Резисторы

Значения коэффициента КР рассчитывают по модели

где КН – коэффициент электрической нагрузки резистора по мощности; tокр – температура окружающей среды (корпуса элемента), ºС; A, B, NT, G, NS, J, H – постоянные коэффициенты (табл. 5.13).

Таблица 5.13 Постоянные коэффициенты модели (5.12)

Группа резисторов		A		B		NT		G		NS		J		H
Резисторы постоянные:
металлодиэлектрические, металлизированные		0,260		0,5078		343		9,278		0,878		1		0,886
композиционные пленочные		0,06		1,616		328		2,746		0,622		1,198		0,770
композиционные объемные		0,093		2,194		358		2,019		1,245		1,2		1,362
Резисторы переменные:
	непроволочные керметные		0,399		1,5419		343		9,8965		3,1668		1,3071		0,6012
	композиционные объемные, потенциометры		0,655		0,693		373		7,223		2,895		1		1,335
	проволочные		0,202		1,14		343		21,7		0,529		1		0,599

Значения коэффициентов КМ, КR и КU выбирают из табл. 5.14–5.16 .

Таблица 5.14

Значения коэффициента КМ для металлодиэлектрических резисторов

Мощность, Вт	КМ	Мощность, Вт	КМ	Мощность, Вт	КМ
0,062–0,5	0,7	1–2	1,5	5–10	4,5

Таблица 5.15 Значения коэффициента КR

Диапазон сопротивлений	КR	Диапазон сопротивлений	КR	Диапазон сопротивлений	КR
Резисторы постоянные непроволочные: металлодиэлектрические
< 1 кОм	1,0	≥ 1 кОм < 100 кОм	0,7	≥ 100 кОм < 1 МОм	2,0
углеродистые
≤ 100 кОм 0,5 > 100 кОм ≤ 1 МОм 2,7 > 1 МОм 0,7
Резисторы переменные: непроволочные керметные
> 10 Ом ≤ 100 Ом	1,6	> 100 Ом ≤ 330 Ом	1,4	> 330 Ом	1,0
проволочные
≤ 1 кОм	1,9	> 1 кОм ≤ 10 кОм	0,5	> 10 кОм ≤ 100 кОм	0,9

Таблица 5.16

Значения коэффициента КU для переменных непроволочных резисторов

Uраб / UТУ	КU	Uраб / UТУ	КU	Uраб / UТУ	КU
≥ 0,1 ≤ 0,8	1,0	> 0,8 ≤ 0,9	1,05	> 0,9 ≤ 1,0	1,2

Значения коэффициента КΔ в зависимости от допуска на сопротивление резистора: 2 – при допуске ±0,5 %, 1 – при допуске ±1, ±2, ±5, ±10 % и более.

5.7. Элементы коммутации

Значения КР рассчитывают по модели

где t – рабочая температура, ºС (25 ≤ t ≤ tmax); tmax – максимально допустимая по ТУ температура окружающей среды; КН – коэффициент электрической нагрузки по току.

Значения коэффициента КК выбирают из табл. 5.17.

Таблица 5.17 Значения коэффициента КК для коммутационных изделий

Группа изделий	Количество задействованных контактов N	КК	Группа изделий	Количество задействованных контактов N	КК
Тумблеры	Однополюсные Двухполюсные Трехполюсные Четырехполюсные	0,5 1,0 1,5 2,0	Переключатели кнопочные, движковые	1	0,25
				2	1,0
				≥3	2,0
			Переключатели галетные	–	1

Значения коэффициента КF в зависимости от частоты включений в час:

KF = 0,5 при F < 100;KF  0,5  0,25lgF при F ≥ 100, (5.14)

где F – частота коммутаций изделия в РЭУ, включений в час.

5.8. Соединители (разъемы)

Значения КР определяют по модели

где tп –

продолжение следует...

Продолжение:

Часть 1 5. МОДЕЛИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ отечественного производства
Часть 2 5.2. Интегральные микросхемы - 5. МОДЕЛИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ
Часть 3 5.9. Знакосинтезирующие индикаторы - 5. МОДЕЛИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ
Часть 4 - 5. МОДЕЛИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ отечественного производства