Расчет надежности электронных блоков

Узлы и блоки электронной аппаратуры в большинстве своем являются невосстанавливаемыми, т. е. не подлежат ремонту в процессе эксплуатации.

Оценка надежности этих изделий связана с определением таких количественных параметров, как вероятность безотказной работы p (t), вероятность отказов q (t), интенсивность отказов X и среднее время наработки на отказ Т_ср. Далее приведена последовательность выполнения оценки надежности узлов электронной аппаратуры:

• 1) электронная схема разбивается на m однотипных групп по п однотипных деталей и элементов;
• 2) пользуясь данными, приведенными в справочниках, и уравнениями (12.1)—(12.8), определяют величины интенсивности отказов X., общие для однотипных групп, при различных граничных условиях эксплуатации;
• 3) определяется интенсивность отказов X изделия;
• 4) в соответствии с заданным законом распределения вероятностей безотказной работы p{t) и вероятностей отказов q (t) элементов изделия определяют вероятность безотказной работы p (t) и вероятность отказов q (t) в течение времени Г_р, соответствующего ресурсу работы изделия, и вычисляют среднее время наработки на отказ Т_ср.

Для электронного узла, состоящего из нескольких деталей и элементов, средняя интенсивность отказов X зависит от их числа и интенсивности отказов X, каждого из них и определяется по формуле.

где и, — число однотипных деталей и элементов в /'-й группе.

К однотипной группе относятся детали и элементы, выполняющие одинаковые функции (транзисторы, интегральные микросхемы, резисторы, конденсаторы, пайки, проводники и др.) и имеющие одинаковую интенсивность отказов.

На практике интенсивность отказов существенно зависит от режима работы элемента в схеме, условий окружающей среды и в общем случае находится по следующей формуле:

где Х₀ — значение интенсивности отказов, полученных в нормальных условиях; а, — поправочные коэффициенты, учитывающие режимы работы элемента и условия окружающей среды.

Значение интенсивности отказов _а определяется при температуре окружающей среды (25 ± 10) °С, атмосферном давлении 0,1013 МПа, относительной влажности атмосферы (65 ± 15) %, при естественном фоне радиации и коэффициенте нагрузки К_н= 1.

На этапе ориентировочного расчета интенсивность отказов элементов в реальных условиях рассчитывается по формуле.

где а, — коэффициент, учитывающий электрическую нагрузку и температуру элементов; а₂ — коэффициент, учитывающий влияние механических нагрузок и условия окружающей среды.

Коэффициент о, следует определять по графикам, приведенным на рис. 12.3 и 12.4, в зависимости от коэффициента нагрузки К_н, который вводится для учета влияния электрической нагрузки на.

Рис. 12.3. Зависимость коэффициента д, от коэффициента нагрузки К_и при различных температурах для радиоэлементов различных видов:

а — германиевые транзисторы; б — кремниевые транзисторы; в — германиевые диоды; г — проволочные резисторы; д — непроволочные резисторы; е — трансформаторы.

Рис. 12.4. Зависимость К, от при различных температурах для радиоэлементов:

а — кремниевые диоды; б — конденсаторы надежность работы элементов и характеризуется отношением нагрузки в рабочем режиме JV_pa6 к нагрузке в номинальном режиме N

Значение К" в зависимости от типа элемента определяется различными параметрами, характеризующими нагрузку: для транзисторов и микросхем.

где Рр_а6 — мощность в рабочем режиме, рассеиваемая на элементе; Р_ном — максимально возможная мощность, рассеиваемая на элементе;

для резисторов.

для конденсаторов.

где (/_ра6 — напряжение в рабочем режиме на обкладках конденсатора; (/_ном — напряжение, на которое рассчитан конденсатор; для диодов.

где С/обр.раб ^— обратное напряжение в рабочем режиме на диоде;^{обр.ном} — максимально допускаемое обратное напряжение на диоде.

Вероятность безотказной работы p (t) и вероятность отказов q (t) в течение времени t следует определять с помощью систем уравнений, характеризующих различные законы распределения.

Контрольные вопросы

• 1. Какие основные факторы вызывают ошибки и брак при сборке электронных блоков на печатных платах? 2. Почему электронные блоки на печатных платах в составе УЧПУ и СВТ называются ТЭЗ? 3. Каковы основные положения концепции бездефектного технологического процесса сборки ТЭЗ? 4. Какова структура типового технологического процесса контроля при сборке электронных блоков на печатных платах?
• 5. Какое назначение имеют различные виды контроля: входной, работоспособности, приемочный? 6. Каково назначение процесса ЭТТ ИМС перед установкой их на печатные платы? 7. Какие существуют режимы ЭТТ и как они влияют на надежность электронных блоков? 8. Как ведется расчет надежности электронных блоков на печатных платах? 9. Из каких источников берут данные по интенсивности отказов элементов, устанавливаемых на печатные платы? 10. Как учитываются электрические и механические нагрузки при расчете надежности электронных блоков?