Сучасний стан проблеми надійності електронних компонентів
Шарко М.М., гр ЗЕ-101
Зміст
Введення
1. Сукупність показників характеристики надійності електронних компонентів
2. Тунельний пробій в електронних компонентах. Методи визначення
3. Надійність металізації і контактів інтегральних схем. Характеристика та параметри надійності
4. Механізм випадкових відмов діодів і біполярних транзисторів інтегральних мікросхем
Висновок
Перелік літератури
Введення
Прогрес сучасної техніки, високі вимоги до точності, перешкодозахищеності, швидкодії призвели до ускладнення електронних вузлів і блоків радіоапаратури і устаткування.
Ускладнення апаратури різко знижує надійність сучасного радіоелектронного устаткування. Низька надійність призводить до того, що вартість експлуатації такого обладнання протягом одного року перевищує в кілька разів вартість самого обладнання, що призводить до величезних економічних втрат і різко знижує ефективність використання радіоелектронної апаратури (РЕА).
Виникнення проблеми надійності обумовлено, головним чином, наступними причинами:
зростанням складності електронної апаратури;
відставанням якості елементів радіоелектроніки від їх кількісного визначення;
підвищенням відповідальності функцій, виконуваних апаратурою (Ціна відмови); винятком людини-оператора (повним або частковим) при виконанні апаратурою своїх функцій;
складністю умов, в яких експлуатується РЕА.
Основне протиріччя сучасної техніки полягає в тому. Що якщо не прийняті спеціальні заходи по підвищенню надійності і чим складніше і точніше апаратура управління, тим менше вона надійна. Особливої вЂ‹вЂ‹гостроти набуває вимога безпечної роботи РЕА в системі комплексної автоматизації процесів управління із застосуванням складних багатозв'язних систем. Відмова подібних систем може призвести до катастрофічних наслідків.
На основі вищевикладеного дається визначення надійності по [1].
"Надійність - властивість виробу зберігати здатність до виконання своїх Функцій в заданих умовах експлуатації ".
До основним фундаментальним поняттям теорії надійності ставляться надійність і відмова.
Більшість фахівців з теорії надійності поділяють характеристики надійності на дві групи: кількісні та якісні. Кількісне визначення надійності не може бути прийнято по тому, що надійність визначається безліччю кількісних характеристик і жодна з них не може в повною мірою висловлювати це поняття. Тому таким може бути тільки якісне визначення, що характеризує певні властивості конкретного вироби. Найчастіше ж прагнуть використовувати кількісні характеристики, так як якісне визначення надійності не дозволяє висловити надійність математично (числом). Це викликало необхідність створити основні критерії, з допомогою яких можна було б кількісно оцінити надійність різних елементів, дати порівняльну оцінку надійності різних виробів.
1. Сукупність показників характеристики надійності електронних компонентів
Для кількісної оцінки надійності застосовуються кількісні показники оцінки окремих її властивостей: безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності і збереженості, а також комплексні показники, характеризують готовність і ефективність використання технічних об'єктів (у Зокрема, електроустановок).
Ці показники дозволяють проводити розрахунково-аналітичну оцінку кількісних характеристик окремих властивостей при виборі різних схемних і конструктивних варіантів обладнання (об'єктів) при їх розробці, випробуваннях і в умовах експлуатації. Комплексні показники надійності використовуються головним чином на етапах випробувань і експлуатації при оцінці та аналізі відповідності експлуатаційно-технічних характеристик технічних об'єктів (пристроїв) заданим вимогам.
Ймовірність безвідмовної роботи - Це ймовірність того, що в межах завдань напрацювання відмова об'єкта не виникає. На практиці цей показник визначається статистичною оцінкою
(1.1)
де No - число однотипних об'єктів (елементів), поставлених на випробування (знаходяться під контролем); під час випробувань відмовивший об'єкт не відновлюється і не замінюється справним; n (t) - число які відмовили об'єктів за час t.
З визначення ймовірності безвідмовної роботи видно, що ця характеристика є функцією часу, причому вона є спадною функцією і може приймати значення від 1 до 0.
Графік ймовірності безвідмовної роботи об'єкта зображений на рис.2.1.
Як видно з графіка, функція P (t) характеризує зміну надійності в часі і є досить наочною оцінкою. Наприклад, на випробування поставлено 1000 зразків однотипних елементів, тобто N o = 1000 ізоляторів.
При випробуванні отказавшие елементи не замінялися справними. За час t відмовило 10 ізоляторів. Отже P (t) = 0,99 і наша впевненість полягає в тому, що будь ізолятор з даної вибірки не відмовить за час t з ймовірністю P (t) = 0,99.
Іноді практично доцільно користуватися не ймовірністю безвідмовної роботи, а ймовірністю відмови Q (t). Оскільки працездатність і відмова є станами несумісними і протилежними, то їх ймовірності пов'язані залежністю:
Р (t) + Q (t) = 1, (1.2)
отже:
Q (t) = 1 - Р (t).
Якщо задати час Т, визначальне напрацювання об'єкта до відмови, то Р (t) = P (T п‚і t), тобто ймовірність безвідмовної роботи - це ймовірність того, що час Т від моменту включення об'єкта до його відмови буде більше або дорівнює часу t, протягом якого визначається ймовірність безвідмовної роботи. З вищесказаного випливає, що. Імовірність відмови є функція розподілу часу роботи Т до відмови:
.
Статистична оцінка ймовірності відмови:
;. (1.3)
Відомо, що похідна від імовірності відмови за часом є щільність ймовірності або диференціальний закон розподілу часу роботи об'єкта до відмови
. (1.4)
Отримана математична зв'язок дозволяє записати
.
Таким чином, знаючи щільність ймовірності f (T), легко знайти шукану величину P (t).
На практиці досить часто доводиться визначати умовну ймовірність безвідмовної роботи об'єкта в заданому інтервалі часу Р (t 1 , t 2 ) за умови, що в момент часу t 1 об'єкт працездатний і відомі Р (t 1 ) і Р (t 2 ). На підставі формули ймовірності спільного появи двох залежних подій, обумовленої твором ймовірності однієї з них на умовну ймовірність іншого, обчислену за умови, що перша подія вже наступило, запишемо
, звідки
. (1.5)
За відомим статистичним даним можна записати:
,
де N (t 1 ), N (t 2 ) - число об'єктів, працездатних відповідно до моментів часу t 1 і t 2 :
.
Відзначимо, що не завжди в якості напрацювання виступає час (В годинах, роках). Наприклад, для оцінки ймовірності безвідмовної роботи комутаційних апаратів з великою кількістю перемикань (вакуумний вимикач) в якості змінної величини напрацювання доцільно брати кількість циклів "включити" - "вимкнути". При оцінці надійності ковзних контактів зручніше в якості напрацювання брати кількість проходів струмоприймача з цього контакту, а при оцінці надійності рухомих об'єктів напрацювання доцільно брати в кілометрах пробігу. Суть математичних виразів оцінки P (t), Q (t), f (t) при цьому залишається незмінною.
Середньої напрацюванням до відмови називається математичне сподівання напрацювання об'єкта до першої відмови T 1 .
Імовірнісне визначення середнього напрацювання до відмови [13] виражається так:
Використовуючи відому зв'язок між f (t), Q (t) і P (t), запишемо, а знаю...
