Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое 6. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ИНОСТРАННОГО ПРОИЗВОДСТВА , Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое 6. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ИНОСТРАННОГО ПРОИЗВОДСТВА , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Надежность радиоэлектронных устройств.
Для получения моделей, используемых для расчета (прогнозирования) эксплуатационной интенсивности отказов λЭ элементов иностранного произ- водства, применены принципы, описанные в подразд. 5.1 для элементов производства стран СНГ.
Коэффициенты, входящие в математические модели расчета эксплуатационной интенсивности отказов разных классов элементов, условно можно разделить на две группы (табл. 6.1):
∙первая группа коэффициентов является общей для моделей большинства классов (групп) элементов и характеризует режимы и условия их эксплуатации, уровень качества элементов;
∙вторая группа коэффициентов включается в модели конкретных классов (групп) элементов и характеризует зависимость эксплуатационной интенсивности их отказов от конструктивных, функциональных и технологических особенностей элементов.
Таблица 6.1 Пояснения коэффициентов, входящих в математические модели
|
Условное обозначение и |
Факторы, учитываемые коэффициентом |
|
|
название коэффициента |
||
|
|
||
|
Коэффициенты |
, входящие в модели для всех классов элементов |
|
|
Кt – коэффициент тем- |
Значение температуры элемента |
|
|
пературного режима |
||
|
|
||
|
КS – коэффициент элек- |
Электрическая нагрузка – коэффициент нагрузки КН |
|
|
трического режима |
||
|
|
||
|
КE – коэффициент экс- |
Степень жесткости условий эксплуатации РЭУ |
|
|
плуатации 1 |
||
|
КQ – коэффициент качества (аналог коэффициента приемки КП) |
Уровень качества – степень жесткости требований к контролю |
|
|
|
||
|
качества и правила приемки элементов в условиях производства |
||
|
|
||
|
|
||
|
Коэффициенты, |
входящие в модели для интегральных микросхем (ИМС) |
|
|
КL |
Продолжительность промышленного производства ИМС |
|
|
КФ |
Функциональное назначение ИМС |
|
|
КИ |
Процесс изготовления ИМС |
|
|
Ккр |
Сложность кристалла |
|
|
Ккорп |
Тип корпуса |
Коэффициенты, входящие в модели для полупроводниковых приборов
КК
КФ
КД
КU
КI
КФ
КS
Конструкция контактов НЧ диодов
Функциональное назначение прибора
Максимально допустимая по ТУ нагрузка по мощности (току)
Коэффициент, зависящий от отношения рабочего напряжения к максимально допустимому по ТУ (коэффициента нагрузки по напряжению)
Коэффициенты, входящие в модели для оптоэлектронных ППП
Максимально допустимое по технической документации пико- вое значение прямого тока
Функциональное назначение прибора для лазерных диодов
Величина электрической нагрузки для лазерных диодов
Составляющие, входящие в модели для резисторов
|
КR |
|
Значение номинального сопротивления |
|
КР |
|
Значение мощности рассеивания в рабочем режиме |
|
|
Составляющие, входящие в модели для конденсаторов |
|
|
КС |
|
Значение номинальной емкости |
|
КSR |
|
Последовательное активное сопротивление между конденсато- |
|
|
ром и шиной питания (для оксидно-полупроводниковых кон- |
|
|
|
|
денсаторов) |
|
|
Примечание. 1 Выбор коэффициента КE рассмотрен в подразд. 6.6. |
|
Ниже приводятся математические модели, позволяющие выполнить про- гнозирование эксплуатационной безотказности некоторых классов и групп
элементов иностранного производства (табл. 6.2). При систематизации и уточ- нении этих моделей в основу были положены руководства справочников и стандартов США, Франции и Китая [13–15].
Расчет эксплуатационной интенсивности отказов λЭ отдельных групп ИМС выполняется по математическим моделям табл. 6.2.
Таблица 6.2
|
|
Модели прогнозирования λЭ ИМС |
|
||
|
|
Группа ИМС |
Вид математической модели |
Номер |
|
|
|
формулы |
|||
|
|
|
|
||
|
1. |
Микросхемы цифровые |
|
|
|
|
2. |
Микросхемы аналоговые |
|
|
|
|
3. |
Программируемые логиче- |
λЭ= (λкр ∙Кt + λкорп ∙КE)∙КQ ∙КL |
(6.1) |
|
|
ские интегральные схемы |
||||
|
|
|
|||
|
(ПЛИС) |
|
|
||
|
4. |
Микропроцессоры |
|
|
|
|
5. |
Микросхемы памяти |
λЭ= (λкр ∙Кt + λкорп ∙КE + λЦ)∙КQ ∙КL |
(6.2) |
|
|
6. |
Микросхемы GaAs СВЧ |
|
|
|
|
(GaAs MMIC) ИМС арсенидо- |
λЭ= (λкр ∙Кt ∙КФ + λкорп ∙КE)∙КQ |
|
||
|
галлиевые на основе полевых |
(6.3) |
|||
|
транзисторов и металлизации |
|
|
||
|
золотом |
|
|
||
|
7. |
ИМС сверхбольшой степени |
λЭ = (λк рКИ Кt Кк р + λк орп Кк орп )КEКQ + λэ л |
|
|
|
интеграции (более 60 000 логи- |
(6.4) |
|||
|
ческих ячеек – вентилей) |
|
|
||
|
8. |
Микросхемы ПАВ |
λЭ = 2,1∙10-6∙КE ∙КQ |
(6.5) |
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. λкр – интенсивность отказов ИМС, обусловленная кристаллом; λкорп – ин- тенсивность отказов ИМС, связанная с отказами корпуса; λЦ – интенсивность отказов, обу- словленная циклами записи/считывания; λэл – интенсивность отказов, обусловленная чувст- вительностью к электростатическим разрядам.
Модель (6.1) распространяется на следующие группы ИМС: цифровые ИС биполярной технологии; аналоговые ИС биполярной технологии; програм- мируемые логические ИС (матрицы) биполярной технологии; цифровые ИС МОП технологии; аналоговые ИС МОП технологии; программируемые логиче- ские ИС МОП технологии; микропроцессоры биполярной технологии; микро- процессоры МОП технологии.
Модель (6.2) используется для следующих групп ИМС памяти: ПЗУ МОП технологии; ППЗУ МОП технологии; РПЗУ с ультрафиолетовым и РПЗУ
сэлектрическим стиранием; динамические ОЗУ МОП технологии; статические ОЗУ МОП и комбинированной технологии; ПЗУ, ППЗУ биполярной техноло- гии; статические ОЗУ биполярной технологии.
Модель (6.3) используется для следующих групп арсенидогаллиевых ИС: цифровые; полупроводниковые СВЧ диапазона.
Интенсивности отказов λкр, λкорп для ИМС (кроме ИМС сверхбольшой степени интеграции) могут быть определены по данным табл. 6.3–6.7.
Таблица 6.3 Значения интенсивности отказов λкр для цифровых ИС, аналоговых ИС и ПЛИС
|
|
Группа ИМС |
λкр, × 10 –6 1/ч |
Значение N |
|
|
1. |
Биполярные цифровые |
λкр = 0,0025 |
от 1 до 100 |
|
|
|
|
λкр = 0,000163∙N 0,6 |
от 101 до 60 000 |
|
|
2. |
Биполярные аналоговые |
λкр = 0,010 |
от 1 до 100 |
|
|
|
|
λкр = 0,0174∙lnN – 0,06 |
от 101 до 10 000 |
|
|
3. |
ПЛИС |
λкр = 0,010 |
до 200 |
|
|
λкр = 0,00216∙N 0,43 |
от 201 до 5000 |
|||
|
4. |
МОП цифровые |
λкр = 0,010 |
от 1 до 100 |
|
|
λкр = 0,00111∙N 0,54 |
от 101 до 60 000 |
|||
|
5. |
МОП аналоговые |
λкр = 0,010 |
от 1 до 100 |
|
|
λкр = 0,0174∙lnN – 0,06 |
от 101 до 10 000 |
|||
|
|
|
|||
|
6. |
ПЛИС МОП технологии |
λкр = 0,00085 |
до 500 |
|
|
|
|
λкр = 0,0022∙lnN – 0,0119 |
от 501 до 20 000 |
Примечание. N – количество базовых ячеек (вентилей) для цифровых ИС и ПЛИС, ко- личество транзисторов – для аналоговых ИС.
Таблица 6.4
Значения интенсивности отказов λкр для микропроцессоров
|
Разрядность, бит |
|
|
|
|
|
λкр, × 10 –6 1/ч |
|
|
|
||||
|
|
|
Биполярные |
|
|
|
|
|
МОП |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
до 8 |
|
0,060 |
|
|
|
|
|
|
0,14 |
|
|
||
|
до 16 |
|
0,12 |
|
|
|
|
|
|
0,28 |
|
|
||
|
до 32 |
|
0,24 |
|
|
|
|
|
|
0,56 |
|
|
||
|
|
|
|
Значения λкр для ИМС памяти, × 10 –6 1/ч |
|
|
Таблица 6.5 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Объем памяти B, |
|
|
|
ИМС КМОП технологии |
|
Биполярные ИМС |
|||||||
|
|
|
|
ППЗУ, |
Динамиче- |
Статиче- |
|
ПЗУ, |
Статиче- |
|||||
|
бит |
|
ПЗУ |
|
|
|||||||||
|
|
|
РПЗУ |
|
ские ОЗУ |
ские ОЗУ |
|
ППЗУ |
ские ОЗУ |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
до 16 К |
|
0,00065 |
|
0,00085 |
|
0,0013 |
|
0,0078 |
|
0,0094 |
0,0052 |
||
|
16 < B ≤ 64 К |
|
0,0013 |
|
0,0017 |
|
0,0025 |
|
0,016 |
|
0,019 |
0,11 |
||
|
64 К < B ≤ 256 К |
|
0,0026 |
|
0,0034 |
|
0,0050 |
|
0,031 |
|
0,38 |
|
0,21 |
|
|
256 < B ≤ 1 М |
|
0,0052 |
|
0,0068 |
|
0,0100 |
|
0,062 |
|
0,75 |
|
0,42 |
|
|
Значение интенсивности отказов λкр для арсенидогаллиевых ИС |
Таблица 6.6 |
||||||||||||
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
СВЧ (MMIC) |
|
|
Цифровые на MESFET транзисторах |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Сложность ИС, количество |
|
λкр, × 10 –6 1/ч |
|
Сложность ИС, количество |
λкр, × 10 –6 1/ч |
||||||||
|
активных элементов |
|
|
|
|
|
активных элементов |
|
|
|
||||
|
1 до 100 |
|
4,5 |
|
|
|
|
1 до 1000 |
|
|
25 |
|||
|
101 до 1000 |
|
7,2 |
|
|
1001 до 10000 |
|
|
51 |
|||||
Таблица 6.7 Определение интенсивности отказов λкорп в зависимости от числа выводов n
|
|
Тип корпуса |
λкорп, × 10 –6 1/ч |
|
1. |
Герметизированные DIP, PGA, SMT |
λкорп = 2,8∙10 –4∙n 1,08 |
|
2. |
DIP со стеклянной изоляцией |
λкорп = 9,0∙10 –5∙n 1,51 |
|
3. |
Плоский с аксиальными выводами |
λкорп = 3,0∙10 –5∙n 1,82 |
|
4. |
Металлический (Can) |
λкорп = 3,0∙10 –5∙n 2,01 |
|
5. |
Негерметизированные DIP, PGA, SMT |
λкорп = 3,6∙10 –4∙n 1,08 |
Примечания: 1. n – число выводов.
2.SMT – корпуса для поверхностного монтажа: Small Outline (SO, SOIC, SOP, SOJ, WSOP, SSOP, TSOP, TSSOP и др.); Flatpack (QFP, TQFP и др.); Leaded Chip Carrier (LCC); Ball Grid Array (BGA) и др.
Интенсивность отказов, связанная с циклами записи/считывания, λЦ = 0 для всех ИМС памяти, кроме РПЗУ с электрическим стиранием, для которых λЦ определяют по данным табл. 6.8.
Таблица 6.8 Расчет интенсивности отказов λЦ для РПЗУ
Для получения интенсивностей отказов λкр, λкорп, λэл для ИМС сверхболь- шой степени интеграции используют табл. 6.9.
Таблица 6.9 Интенсивности отказов λкр, λкорп, λэл для ИМС сверхбольшой степени интеграции
Примечание. В формуле определения λэл при неизвестном значении V использовать зна- чение V = 0…1000 В.
Коэффициент, учитывающий влияние температуры Кt, может быть полу- чен по моделям, приведенным в табл. 6.10.
Таблица 6.10 Расчет коэффициента режима Кt
Примечание. Еа – энергия активации, эВ; Ткр – температура кристалла (перехода кри- сталл – корпус для Si приборов или средняя температура канала – для GaAs приборов), ºС.
Температуру Ткр определяют как
|
Ткр = Ткорп + Rкр-корпР, |
(6.6) |
где Ткорп – температура корпуса ИМС, ºС;
Rкр-корп – тепловое сопротивление кристалл – корпус, ºС/Вт;
Р– фактическая рассеиваемая мощность ИМС в рабочем режиме.
Вкачестве Ткорп следует брать максимальную температуру с учетом рабо- ты ИМС в составе РЭС. В случае невозможности определить значение Р, ис- пользуемое в формуле (6.6), рекомендуется брать информацию о максимальной рассеиваемой мощности рассматриваемой или равноценных ИМС. Если неиз- вестно значение Rкр-корп, то следует воспользоваться данными равноценных ИМС или же табл. 6.11.
|
|
|
Таблица 6.11 |
|
|
Выбор значения Rкр-корп (для ИМС в керамических корпусах) |
|||
|
Корпус ИМС |
Значение Rкр-корп (ºС/Вт) при площади кристалла |
||
|
> 9,29 мм2 |
≤ 9,29 мм2 |
||
|
|
|||
|
Типа 2 (Dual-in-Line) |
11 |
28 |
|
|
Типа 4 (Flat Package) |
10 |
22 |
|
|
Chip Carrier |
10 |
20 |
|
|
Pin Grid Array (PGA) |
10 |
20 |
|
|
Can (металлический) |
– |
70 |
|
|
Organic Material Pack |
|
80 |
|
Коэффициент КL, учитывающий продолжительность промышленного из- готовления ИМС, может быть подсчитан по модели
где L – продолжительность в годах промышленного выпуска ИМС данного типа.
Значения коэффициента КФ модели (6.3) и коэффициента Ккорп модели (6.4) выбирают из табл. 6.12, 6.13.
Таблица 6.12 Выбор коэффициента КФ
|
Функциональное назначение |
КФ |
|
|
Полупроводниковые СВЧ: |
1 |
|
|
малошумящие, маломощные |
||
|
мощные (> 100 мВт) |
3 |
|
|
неизвестно |
3 |
|
|
Цифровые всех функциональных |
1 |
|
|
назначений |
||
|
|
|
|
|
Таблица 6.13 |
|
Коэффициент Ккорп для СБИС |
||
|
Тип |
Значения Ккорп |
|
|
корпуса |
Герметичный |
Негерметичный |
|
|
|
|
|
DIP |
1 |
1,3 |
|
PGA |
2,2 |
2,9 |
|
SMT |
4,7 |
6,1 |
|
|
|
|
Рекомендуемые значения коэффициента КИ модели (6.4):
0,55 – при изготовлении с использованием процессов QML или QPL, 2 – при использовании других процессов.
Коэффициент Ккр модели (6.4) может быть подсчитан по формуле
где Sкр – площадь кристалла в см2;
xs – топологический размер в микронах.
Значения коэффициента КQ, учитывающего влияние уровня качества из- готовления ИМС, приводятся в табл. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . 6.14 (все ИМС, кроме микросхем ПАВ) и табл. 6.15 (микросхемы ПАВ).
|
|
|
|
|
Таблица 6.14 |
|
|
|
Значения коэффициента КQ для всех ИМС, кроме микросхем ПАВ |
|
|||
|
|
Уровень качества изготовления ИМС |
|
Примерное соответствие ви- |
||
|
Характеристика по справочникам и стандартам США |
КQ |
ду приемки в странах СНГ |
|||
|
1. |
Класс S в соответствии с MIL-M-38510 |
0,25 |
«9» (ОС) |
|
|
|
2. |
Класс B в соответствии с MIL-M-38510 |
1,0 |
«5» (ВП, ОВП) |
||
|
3. |
Класс B1 в соответствии со стандартом MIL-STD- |
2,0 |
«5» (ВП, ОВП) |
||
|
|
883, разд. 1.2.1 |
|
|
|
|
|
4. |
Более низкий уровень качества, нежели класс B1 |
3,1 |
«3» (ОТК) |
|
|
|
5. |
Более низкий уровень качества, нежели класс B1 |
5,5 |
«1» (ОТК) |
|
|
|
6. |
Коммерческий уровень или уровень неизвестен |
10 |
«1» (ОТК) |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.15 |
|
|
|
Значения коэффициента качества изготовления КQ для интегральных микросхем ПАВ |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уровень качества ИС |
|
|
|
КQ |
|
1. |
Протестированные 10 температурными циклами (от –55 до +125°С) |
|
0,1 |
||
|
|
при электрической нагрузке (примерно соответствует приемке «5») |
|
|||
|
|
|
|
|||
|
2. |
Более низкий уровень качества (примерно соответствует приемке «1») |
|
1,0 |
||
Расчет эксплуатационной интенсивности отказов λЭ отдельных групп
ППП выполняется по математическим моделям табл. 6.16.
|
|
|
Таблица 6.16 |
|
|
|
Математические модели расчета λЭ полупроводниковых приборов |
||
|
|
Группа изделий |
Вид математической модели |
|
|
1. |
Диоды низкочастотные |
λЭ = λB ∙ Кt ∙ КS ∙ КК ∙ КQ ∙ КE |
|
|
2. |
Диоды высокочастотные |
λЭ = λB ∙ Кt ∙ КФ ∙ КД ∙ КQ ∙ КE |
|
|
3. |
Транзисторы биполярные низкочастотные (частота |
λЭ = λB ∙ Кt ∙ КФ ∙ КД ∙ КS ∙ КQ ∙ КE |
|
|
менее 200 МГц) |
|||
|
|
|||
|
4. |
Транзисторы полевые низкочастотные |
λЭ = λB ∙ Кt ∙ КФ ∙ КQ ∙ КE |
|
|
(p- и n-канальные кремниевые, частота менее 400 МГц) |
|||
|
|
|||
|
5. |
Транзисторы однопереходные |
λЭ = λB ∙ Кt ∙ КQ ∙ КE |
|
|
6. |
Транзисторы биполярные высокочастотные малой и |
λЭ = λB ∙ Кt ∙ КД ∙ КS ∙ КQ ∙ КE |
|
|
средней мощности, в том числе малошумящие, частота |
|||
|
более 200 МГц, мощность менее 1 Вт |
|
||
|
7. |
Транзисторы биполярные высокочастотные (СВЧ) |
λЭ = λB ∙ Кt ∙ КФ ∙ Кm ∙ КQ ∙ КE |
|
|
большой мощности, средняя мощность более 1 Вт |
|||
|
|
|||
|
8. |
Транзисторы полевые высокочастотные арсенидо- |
λЭ = λB ∙ Кt ∙ КФ ∙ Кm ∙ КQ ∙ КE |
|
|
галлиевые малой и средней мощности |
|||
|
|
|||
|
9. |
Транзисторы полевые высокочастотные арсенидо- |
λЭ = λB ∙ Кt ∙ КФ ∙ Кm ∙ КQ ∙ КE |
|
|
галлиевые большой мощности, частота более 1 ГГц |
|||
|
|
|||
|
10. |
Транзисторы полевые высокочастотные кремниевые |
λЭ = λB ∙ Кt ∙ КQ ∙ КE |
|
|
11. |
Тиристоры |
λЭ = λB ∙ Кt ∙ КД ∙ КS ∙ КQ ∙ КE |
|
|
|
Примечание. λB – базовая интенсивность отказов. |
|
|
Значения базовой интенсивности отказов λB приведены в табл. 6.17. Ко- эффициенты Кt моделей табл. 6.16 определяются с помощью табл. 6.18, 6.19.
|
Справочные данные λB ППП |
Таблица 6.17 |
|
|
|
|
|
|
|
Группа изделий |
λB × 10 –6 1/ч |
|
1. Диоды низкочастотные: |
0,0038 |
|
диоды выпрямительные общего назначения |
|
|
диоды выпрямительные мощные быстрого восстановления |
0,025 |
|
диоды выпрямительные мощные (в т.ч. Шоттки) |
0,003 |
|
диоды импульсные |
0,001 |
|
защитные диоды (супрессоры) / варисторы |
0,0013 |
|
регуляторы тока |
0,0034 |
|
стабилитроны |
0,002 |
|
2. Диоды высокочастотные (СВЧ): |
0,22 |
|
диоды лавинно-пролетные |
|
|
диоды Ганна |
0,18 |
|
диоды туннельные и обращенные (включая смесительные |
0,0023 |
|
и детекторные) |
|
|
диоды PIN |
0,0081 |
|
диоды с барьером Шоттки (включая детекторные) |
0,027 |
|
варакторы (варикапы) и диоды с накоплением заряда |
0,0025 |
|
3. Транзисторы биполярные низкочастотные |
0,00074 |
|
|
|
Окончание табл. 6.17 |
|
|
|
Группа изделий |
λB × 10 –6 1/ч |
|
|
4. |
Транзисторы полевые низкочастотные: |
0,012 |
|
|
|
МОП (MOSFET) |
||
|
|
с p-n-переходом (JFET) |
0,0045 |
|
|
5. |
Транзисторы однопереходные |
0,0083 |
|
|
6. |
Транзисторы биполярные высокочастотные малой и средней |
0,18 |
|
|
мощности |
|||
|
|
|||
|
7. |
Транзисторы биполярные СВЧ большой мощности |
по формуле (6.9)1 |
|
|
8. Транзисторы полевые высокочастотные арсенидогаллиевые малой |
0,052 |
||
|
и средней мощности, мощность менее 0,1 Вт, |
|||
|
частота 1 < F < 10 ГГц |
|
||
|
9. |
Транзисторы полевые СВЧ арсенидогаллиевые |
по формуле (6.10)2 |
|
|
большой мощности, частота 4 ≤ F ≤ 10 ГГц, мощность 0,1 ≤ F ≤ 6 Вт |
|
||
|
10. Транзисторы полевые высокочастотные кремниевые: |
0,06 |
||
|
|
МОП (MOSFET) |
||
|
|
с p–n-переходом (JFET) |
0,023 |
|
|
11. Тиристоры |
0,0022 |
||
|
|
Примечания: 1 Значение интенсивности отказов λB вычисляется по формуле |
||
|
|
λB = 0,032∙e 0,354∙F + 0,00558∙P . |
(6.9) |
|
2 Значение интенсивности отказов λB вычисляется по формуле
|
λB = 0,0093∙e 0,429∙F + 0,486∙P, |
(6.10) |
|
где F – рабочая частота, ГГц, |
|
|
Р – средняя выходная мощность (по документации), Вт. |
|
|
|
Таблица 6.18 |
Расчет коэффициента режима Кt в зависимости от температуры
перехода для всех ППП, кроме транзисторов биполярных СВЧ большой мощности
Расчет коэффициента режима Кt в зависимости от температуры перехода для биполярных высокочастотных транзисторов большой мощности
Примечание. S – коэффициент электрической нагрузки по напряжению; Tп – пиковое значение температуры перехода, °С.
Температура перехода TП (см. табл. 6.18, 6.19) вычисляется по выражению
|
ТП = Tокр + Rкр-окр∙P = Tкорп + Rкр-корп∙P, |
(6.11) |
где Tокр – температура окружающей среды; °С;
Tкорп – температура корпуса прибора, °С;
Rкр-окр – тепловое сопротивление «кристалл – окружающая среда»; °С/Вт; Rкр-корп – тепловое сопротивление «кристалл – корпус»; °С/Вт;
Р– фактическая мощность рассеяния прибора, Вт.
Значения тепловых сопротивлений берутся из спецификации на изделия. Коэффициенты КК, КД, КФ, КM и КS моделей табл. 6.16 определяются с
помощью табл. 6.20–6.24.
Таблица 6.22 Значения коэффициента КФ
в зависимости от функционального назначения прибора
|
Группа изделий |
Функциональный режим работы |
КФ |
|
|
Диоды СВЧ, кроме варакторов |
– |
1 |
|
|
Варакторы |
Регулируемый напряжением |
0,5 |
|
|
Умножения частоты |
2,5 |
||
|
|
|||
|
Транзисторы биполярные низ- |
Линейного усиления |
1,5 |
|
|
кочастотные |
|
|
|
|
Переключения |
0,7 |
||
|
|
Переключение слабого сигнала |
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Линейного усиления (P < 2 Вт) |
1,5 |
|
|
Транзисторы полевые |
Усиления (P ≥ 2 Вт): |
|
|
|
2 ≤ P < 5 Вт |
2 |
||
|
низкочастотные |
|||
|
|
5 ≤ P < 50 Вт |
4 |
|
|
|
50 ≤ P < 250 Вт |
8 |
|
|
|
P ≥ 250 Вт |
10 |
|
|
Транзисторы биполярные СВЧ |
Непрерывный режим |
7,6 |
|
|
большой мощности |
Импульсный режим |
КФ = 0,06∙(D, %) + 0,4 |
|
|
Транзисторы полевые высоко- |
Непрерывный режим |
4 |
|
|
частотные арсенидогаллиевые |
Импульсный режим |
1 |
Примечание. D – величина, обратная скважности импульсов (коэффициент заполнения), %.
Таблица 6.23 Расчет коэффициента КS в зависимости от электрической нагрузки ППП
|
Группа изделий |
Нагрузка по |
КS |
Пояснение |
|
|||
|
напряжению S |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диоды низкочастотные, кроме стабили- |
от 0 до 0,3 |
КS = 0,054 |
|
|
|
|
|
|
тронов, регуляторов тока и варисторов, |
> 0,3 до1 |
КS = S 2,43 |
|
U обр.раб |
|
||
|
защитных диодов (супрессоров) |
|
|
S = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
U обр.max |
|
|||
|
Стабилитроны, регуляторы тока и вари- |
от 0 до 1 |
КS = 1 |
|
||||
|
сторы, защитные диоды (супрессоры) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Транзисторы биполярные низкочастот- |
|
КS = 0,045∙е 3,1∙S |
|
|
|
|
|
|
ные и биполярные высокочастотные ма- |
от 0 до 1 |
|
|
U КЭ.раб |
|
||
|
лой и средней мощности |
|
|
S = |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
Тиристоры |
От 0 до 0,3 |
КS = 0,1 |
|
U КЭ.max |
|
||
|
> 0,3 до 1 |
КS = S 1,9 |
|
|
|
|
|
|
Примечание. Uобр.раб – постоянное обратное рабочее напряжение; Uобр.мах – максимально допустимое по ТУ постоянное обратное напряжение; Uкэ.раб – рабочее напряжение коллектор- эмиттер; Uкэ.max – максимально допустимое по ТУ напряжение коллектор-эмиттер.
Таблица 6.24 Значения коэффициента КM в зависимости от наличия согласующих схем для высокочастотных (СВЧ) транзисторов
|
Характер согласования в электрической схеме |
Значение КМ |
|
Согласован по входу и выходу |
1 |
|
Согласован по входу |
2 |
|
Не согласован, либо характер согласования не известен |
4 |
Коэффициент нагрузки по напряжению S (см. табл. 6.23) определяется как
(6.12)
где UКЭ.раб – напряжение коллектор-эмиттер в рабочем режиме;
UКЭ.ном – предельно допустимое (номинальное) напряжение коллектор- эмиттер.
Значения коэффициента уровня качества КQ выбирают из табл. 6.25–6.27.
Таблица 6.25 Коэффициент влияния уровня качества КQ (диоды низкочастотные; транзисторы: биполярные низкочастотные, полевые низкочастотные, однопереходные; тиристоры)
|
Уровень качества по MIL-S-19500 |
|
КQ |
|
Соответствие отечественным |
|
|
|
|
видам приемки |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
JANTXV |
|
0,7 |
«7», «9» |
||
|
JANTX |
|
1,0 |
«5» |
||
|
JAN |
|
2,4 |
«3» |
||
|
Более низкий уровень качества |
5,5 |
«1» |
|||
|
Пластмасса |
|
8 |
|
«1», пластмассовые корпуса |
|
|
Уровень качества неизвестен |
10 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.26 |
|
Коэффициент влияния уровня качества КQ (диоды СВЧ) |
|||||
|
Уровень качества по |
КQ |
|
|
|
Соответствие отечественным |
|
MIL-S-19500 |
Диоды СВЧ, кроме |
|
Диоды |
|
видам приемки |
|
|
диодов Шоттки |
|
Шоттки |
|
|
|
JANTXV |
0,5 |
|
0,5 |
|
«9» |
|
JANTX |
1 |
|
1 |
|
«5» |
|
JAN |
5 |
|
1,8 |
|
«3» |
|
Более низкий уровень |
25 |
|
2,5 |
|
«1» |
|
качества |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Пластмасса |
50 |
|
– |
|
«1», пластмассовые корпуса |
Таблица 6.27 Коэффициент влияния уровня качества КQ (транзисторы биполярные высокочастотные, полевые высокочастотные)
|
Уровень качества по MIL-S-19500 |
КQ |
Примерное соответствие отече- |
|
|
ственным видам приемки |
|||
|
|
|
||
|
JANTXV |
0,5 |
«9» |
|
|
JANTX |
1,0 |
«5» |
|
|
JAN |
2,0 |
«3» |
|
|
Более низкий уровень качества |
5,0 |
«1» |
|
|
Пластмасса |
8 |
«1», пластмассовые корпуса |
|
|
Уровень качества неизвестен |
10 |
– |
Выбор значений коэффициента КE, учитывающего жесткость условий эксплуатации, рассматривается в подразд. 6.7.
Расчет эксплуатационной интенсивности отказов λЭ отдельных групп оп- тоэлектронных полупроводниковых приборов выполняется по математическим моделям, включенным в табл. 6.28.
Таблица 6.28 Модели расчета λЭ оптоэлектронных полупроводниковых приборов
|
Группа изделий |
Вид математической модели |
|
|
|
|
Фотоприемники, оптопары, излучатели полупроводнико- |
λЭ = λВ· Кt · КQ · КE |
|
вые, буквенно-цифровые дисплеи |
|
|
Лазерные диоды |
λЭ = λВ ·Кt · КI · КФ · КP · КQ ·КE |
|
Примечание. λB – базовая интенсивность отказов. |
|
Значения базовой интенсивности отказов λB приведены в табл. 6.29.
|
|
Справочные данные λB отдельных групп |
Таблица 6.29 |
|
|
|
|
|
|
оптоэлектронных полупроводниковых приборов |
|
|
|
|
|
|
|
Группа изделий |
λB × 10 –6 1/ч |
|
1. |
Фотоприемники транзисторные (фототранзисторы) |
0,0055 |
|
2. |
Фотоприемники диодные (фотодиоды) |
0,004 |
|
3. |
Оптопары диодные единичные |
0,0025 |
|
4. |
Оптопары транзисторные единичные (включая пару Дарлингтона) |
0,013 |
|
5. |
Оптопары резисторные единичные |
0,0064 |
|
6. |
Оптопары диодные двоичные |
0,0033 |
|
7. |
Оптопары транзисторные двоичные (включая пару Дарлингтона) |
0,017 |
|
8. |
Оптопары резисторные двоичные |
0,0086 |
|
9. |
Излучающие диоды инфракрасного диапазона |
0,0013 |
|
10. Светоизлучающие диоды |
0,00023 |
|
|
11. Сегментные дисплеи |
по табл. 6.30 1 |
|
|
12. Дисплеи с диодной матрицей |
по табл. 6.30 1 |
|
|
13. Лазерные диоды (тип полупроводникового излучающего |
|
|
|
материала): |
|
|
|
|
GaAs / AlGaAs |
3,23 |
|
|
InGaAs / InGaAsP |
5,65 |
Примечание. 1 Модели расчета базовой интенсивности отказов λВ сегментных дисплеев и дисплеев с диодной матрицей приводятся в табл. 6.30.
Таблица 6.30 Базовая интенсивность отказов λВ сегментных дисплеев и дисплеев с диодной матрицей
Коэффициенты Кt, , КФ и КS моделей табл. 6.28 определяются с помощью табл. 6.31–6.33.
Коэффициент влияния прямого тока КI определяют по модели
Таблица 6.34 Коэффициент влияния уровня качества КQ для лазерных диодов
|
Уровень качества |
КQ |
|
|
Герметичный корпус |
1 |
|
|
Негерметичный с покрытием |
1 |
|
|
Негерметичный без покрытия |
3,3 |
|
|
Степень герметичности корпуса не уста- |
5 |
|
|
новлена, уровень качества неизвестен |
||
|
|
|
КI = I 0,68, |
(6.13) |
где I – пиковое значение пря- мого тока, А (I < 25 А).
Значения коэффициента уровня качества КQ выбирают
взависимости от группы оп- тоэлектронных приборов по табл. 6.34, 6.35.
Таблица 6.35 Значения коэффициента влияния качества изготовления КQ для оптоэлектронных полупроводниковых приборов, кроме лазерных диодов
|
Уровень качества по MIL-S-19500 |
КQ |
Примерное соответствие |
|
|
отечественным видам приемки |
|||
|
|
|
||
|
JANTXV |
0,7 |
«7» |
|
|
JANTX |
1,0 |
«5» |
|
|
JAN |
2,4 |
«3» |
|
|
Более низкий уровень качества |
5,5 |
«1» |
|
|
Пластмасса |
8 |
«1», пластмассовые корпуса |
|
|
Уровень качества неизвестен |
10 |
– |
Выбор значений коэффициента эксплуатации КE рассматривается в под- разд. 6.7.
Для всех групп и типов резисторов эксплуатационную интенсивность от- казов λЭ рассчитывают по модели
|
λЭ = λВ · Кt ·КР · КS ·КE ·КQ, |
(6.14) |
где λВ – базовая интенсивность отказов резисторов данной группы (табл. 6.36).
|
|
|
Таблица 6.36 |
|
|
Справочные данные для определения параметров модели (6.14) |
|
|
|
|
|
|
|
Группа резисторов |
λВ, × 10 –6 1/ч |
|
1. |
Резисторы постоянные композиционные изолированные (RC, RCR) |
0,0017 |
|
2. |
Резисторы постоянные пленочные изолированные (RL, RLR) |
0,0037 |
|
3. |
Резисторы постоянные пленочные высокостабильные (RN) |
0,0037 |
|
4. |
Резисторы постоянные пленочные бескорпусные (Chip) (RM) |
0,0037 |
|
5. |
Резисторы постоянные пленочные мощные (RD) |
0,0037 |
|
6. |
Резисторные сборки постоянные пленочные (RZ) |
0,0019 |
|
7. |
Резисторы постоянные проволочные прецизионные (RB, RBR) |
0,0024 |
|
8. |
Резисторы постоянные проволочные мощные (RW, RWR) |
0,0024 |
|
9. |
Резисторы постоянные проволочные мощные, монтируемые на шас- |
0,0024 |
|
|
си (RE, RER) |
|
|
10. |
Терморезисторы изолированные (RTH) |
0,0019 |
|
11. |
Резисторы переменные проволочные подстроечные (RT, RTR) |
0,0024 |
|
12. |
Резисторы переменные проволочные прецизионные (RR, RA) |
0,0024 |
|
13. |
Резисторы переменные проволочные полупрецизионные (RK) |
0,0024 |
|
14. |
Резисторы переменные проволочные мощные (RP) |
0,0024 |
|
15. |
Резисторы переменные непроволочные (RJ, RJR) |
0,0037 |
|
16. |
Резисторы переменные композиционные (RV) |
0,0037 |
|
17. |
Резисторы переменные непроволочные прецизионные (RQ) |
0,0037 |
|
18. |
Резисторы переменные непроволочные пленочные (RVC) |
0,0037 |
Примечание. В скобках приводятся сокращения, используемые за рубежом для соответ- ствующих групп резисторов.
54
Коэффициенты Кt, КS и КQ модели (6.14) определяются с помощью табл. 6.37–6.39.
Таблица 6.37 Расчет коэффициента Кt в зависимости от температуры корпуса резистора
Примечание. Для маломощных резисторов (максимальная мощность рассеяния Рmax < 1 Вт) температура корпуса Т приравнивается к температуре окружающей среды.
Таблица 6.38 Расчет коэффициента КS в зависимости от электрической нагрузки резистора
Коэффициент КР, учитывающий влияние мощности рассеяния, опреде- ляют по формуле
|
КР = (Рраб) 0,39, |
(6.15) |
где Рраб – мощность рассеяния резистора в рабочем режиме, Вт.
Выбор значений коэффициента эксплуатации КE рассматривается в подразд. 6.7.
Для всех групп и типов конденсаторов эксплуатационную интенсивность отказов рассчитывают по модели
|
λЭ = λВ · Кt · КС · КS ·КSR ·КE ·КQ , |
(6.16) |
где λВ – базовая интенсивность отказов (табл. 6.40).
Таблица 6.40 Характеристика надежности и справочные данные отдельных групп конденсаторов
|
|
|
|
Сокращения групп |
λВ, |
Ea |
|
|
|
Группа изделий |
ОТУ |
конденсаторов, |
|||
|
|
используемые за |
× 10 –6 1/ч |
|
|||
|
|
|
|
рубежом |
|
|
|
|
1. |
Бумажные / с органическим |
MIL-PRF-19978 |
CP, CA, CZ, CZR, |
|
|
|
|
MIL-PRF-39022 |
0,00051 |
0,35 |
||||
|
|
синтетическим диэлектриком |
MIL-PRF-55514 |
CQ, CQR, CH, |
|||
|
|
|
MIL-PRF-83421 |
CHR, CRH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
Слюдяные |
MIL-PRF-39001 |
CM, CMR, CB |
0,00076 |
0,35 |
|
|
3. |
Стеклянные |
MIL-PRF-23269 |
CY, CYR |
0,00076 |
0,35 |
|
|
4. |
Керамические постоянной ем- |
MIL-PRF-20 |
CC, CCR |
0,00099 |
0,35 |
|
|
|
кости термокомпенсационные |
|
|
|
|
|
|
5. |
Керамические постоянной |
MIL-PRF-123 |
CK, CKR |
0,00099 |
0,35 |
|
|
6. |
емкости |
MIL-PRF-39014 |
||||
|
7. |
Керамические постоянной ем- |
MIL-PRF-55681 |
Chip CDR |
0,002 |
0,35 |
|
|
|
кости поверхностного монтажа |
|
|
|
|
|
|
8. |
Керамические переменной |
MIL-PRF-81 |
CV |
0,0079 |
0,15 |
|
|
9. |
емкости (триммеры) |
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
10. |
Оксидно-полупроводниковые |
MIL-PRF-39003 |
CSR |
0,0004 |
0,15 |
|
|
11. |
Оксидно-полупроводниковые |
MIL-PRF-55365 |
Chip CWR |
0,00005 |
0,15 |
|
|
|
поверхностного монтажа |
|||||
|
|
|
|
|
|
||
|
12. |
Объемно-пористые |
MIL-PRF-39006 |
CL, CLR |
0,0004 |
0,15 |
|
|
13. |
Оксидно-электролитические |
MIL-PRF-39018 |
CU, CUR, CE |
0,00012 |
0,35 |
|
|
|
алюминиевые |
|||||
|
|
|
|
|
|
||
|
14. |
Переменные поршневого типа |
MIL-PRF-14409 |
PC |
0,006 |
0,35 |
|
|
|
трубчатые подстроечные |
|
|
|
|
Коэффициент, учитывающий влияние повышенной температуры Кt, рас- считывается по модели
где Ea – энергия активации, эВ (см. табл. 6.40);
Т– температура корпуса конденсатора, ºС (принимается равной максималь- ной рабочей температуре электронного устройства).
Коэффициенты КС и КS модели (6.16) определяются с помощью табл. 6.41, 6.42.
Таблица 6.41 Расчет коэффициента КС в зависимости от номинальной емкости конденсатора
Таблица 6.42 Расчет коэффициента КS в зависимости от электрической нагрузки по напряжению конденсатора
Примечание. Uраб есть сумма приложенного постоянного напряжения и максимального (пикового) переменного напряжения.
Значения коэффициента влияния последовательного сопротивления КSR выбирают, используя данные табл. 6.43.
Вэтой таблице R/Uраб – отношение ак- тивного последовательного сопротивле- ния R между конденсатором и источни- ком питания к рабочему напряжению на конденсаторе Uраб.
Значения коэффициента уровня качества КQ выбирают по табл. 6.44.
Таблица 6.43 Коэффициент влияния последовательного сопротивления КSR
|
R/Uраб, Ом / B |
КSR |
|
> 0,8 |
0,66 |
|
> 0,6 до 0,8 |
1 |
|
> 0,4 до 0,6 |
1,3 |
|
> 0,2 до 0,4 |
2 |
|
> 0,1 до 0,2 |
2,7 |
|
0 до 0,1 |
3,3 |
|
|
|
|
Таблица 6.44 |
|
|
Значения коэффициента качества изготовления КQ для конденсаторов |
||||
|
Уровень качества |
|
|
Примерное |
|
|
|
Обозначение |
|
соответствие |
|
|
|
КQ |
отечествен- |
||
|
Характеристика приемки изделий |
уровня |
|||
|
ным видам |
||||
|
|
качества |
|
приемки |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Изделия с приемкой Military с опубликованным |
D |
0,001 |
– |
|
|
уровнем качества, изготовленные в соответствии с |
C |
0,01 |
– |
|
|
MIL-PRF-39003, MIL-PRF-55365 |
|
|
|
|
|
B |
0,03 |
– |
||
|
|
||||
|
Изделия с приемкой Military с опубликованным |
S |
0,03 |
«9» |
|
|
уровнем качества, изготовленные в соответствии с |
|
|
|
|
|
R |
0,1 |
«9» |
||
|
MIL-PRF-19978, MIL-PRF-39022, MIL-PRF-55514, |
||||
|
MIL-PRF-83421, MIL-PRF-39001, MIL-PRF-23269, |
|
|
|
|
|
P |
0,3 |
«7» |
||
|
MIL-PRF-20, MIL-PRF-39014, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
MIL-PRF-55681, MIL-PRF-39006, MIL-PRF-39018 |
M |
1 |
«5» |
|
|
– |
L |
2 |
«3» |
|
|
Изделия с приемкой Military с неопубликованным уровнем качества |
3 |
«3» |
||
|
Изделия с более низким уровнем качества |
|
10 |
«1» |
|
Значения коэффициента эксплуатации КE выбирают в соответствии с подразд. 6.7.
Втабл. 6.45 приводятся приближенные (усредненные) значения коэффи- циента КE, для групп аппаратуры, указанных в табл. 6.45. Усреднение значений КE сделано по данным военного справочника США [13] и стандарта Китая [15].
Таблица 6.45 Коэффициент влияния жесткости условий эксплуатации КE
|
|
|
Группа аппаратуры в зависимости |
|||||||
|
Класс (группа элементов) |
от условий эксплуатации по табл. 5.21 |
||||||||
|
|
|
ЗР |
ЗЧР |
ЗОВ |
ЗПН |
ЗМ |
ЗМД |
БСК |
|
|
1. ИМС |
|
1 |
1,5 |
2 |
4 |
6 |
8 |
8 |
|
|
2. ППП, включая оптоэлектронные: |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
диоды низкочастотные (выпрямительные, им- |
1 |
1,2 |
2 |
6 |
7,5 |
9 |
13 |
||
|
пульсные, стабилитроны), кроме диодов высо- |
|||||||||
|
кочастотных и СВЧ |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
диоды высокочастотные и СВЧ |
1 |
1,1 |
1,5 |
2 |
4 |
5 |
4 |
||
|
транзисторы |
биполярные низкочастотные, |
1 |
1,2 |
2,5 |
6 |
7,5 |
9 |
13 |
|
|
транзисторы полевые низкочастотные, транзи- |
|||||||||
|
сторы однопереходные |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
транзисторы |
биполярные высокочастотные и |
1 |
1,3 |
1,7 |
2 |
4 |
5 |
4 |
|
|
СВЧ, транзисторы полевые арсенидогаллиевые |
|||||||||
|
СВЧ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тиристоры |
|
1 |
1,1 |
2 |
6 |
7,5 |
9 |
13 |
|
|
фототранзисторы, фотодиоды, оптопары, излу- |
1 |
1,1 |
1,8 |
2 |
5 |
8 |
5 |
||
|
чатели полупроводниковые (светодиоды) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Окончание табл. 6.45
|
|
|
Группа аппаратуры в зависимости |
||||||
|
|
Класс (группа элементов) |
|
от условий эксплуатации |
|
||||
|
|
|
ЗР |
ЗЧР |
ЗОВ |
ЗПН |
ЗМ |
ЗМД |
БСК |
|
3. |
Знакосинтезирующие полупроводниковые |
|
|
|
|
|
|
|
|
индикаторы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
алфавитно-цифровые дисплеи |
1 |
1,1 |
2 |
3 |
4 |
8 |
4 |
|
|
лазерные диоды |
1 |
1,1 |
2 |
3 |
4 |
8 |
4 |
|
4. |
Резисторы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
постоянные |
1 |
1,1 |
2 |
4 |
8 |
16 |
18 |
|
|
переменные |
1 |
1,5 |
2,5 |
5 |
10 |
16 |
18 |
|
5. |
Конденсаторы |
1 |
1,2 |
5 |
10 |
15 |
20 |
12 |
Исследование, описанное в статье про 6. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ИНОСТРАННОГО ПРОИЗВОДСТВА , подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое 6. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ИНОСТРАННОГО ПРОИЗВОДСТВА и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Надежность радиоэлектронных устройств
Комментарии
Оставить комментарий
Надежность радиоэлектронных устройств
Термины: Надежность радиоэлектронных устройств