Расчет надежности блока (стр. 1 )

6.3. Расчет надежности блока.

Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности элементов и условиям эксплуатации.

На надежность блока оказывают влияние такие факторы, как характер построения блока, энергетический режим работы, условия эксплуатации, сложность устройства.

Расчет надежности выполняется на основе логической модели безотказной работы блока. В нашем случае мы имеем дело с невосстанавливаемым РЭС - согласно п.5.3. ТЗ блок КМ1 не ремонтопригоден.

Проанализируем отказы, встречающееся в блоке. В состав блока КМ1 входят 5 МСБ, три конденсатора и блок питания, т. е. в блоке превалируют тонкопленочные МСБ. В тонкопленочных МСБ преобладают внезапные отказы, обусловленные отказами тонкопленочной части и отказами навесных компонентов. Наиболее характерными отказами элементов тонкопленочной части МСБ являются: разрывы соединений между контактной зоной на поверхности подложки ИС и выводом корпуса; разрывы металлизированных соединительных линий, вызванные царапинами; короткое замыкание металлизированных соединительных линий вследствие дефектов травления при изготовлении соединений и контактных площадок и др. Постепенные отказы тонкопленочных элементов - резисторов проявляются в виде дрейфа сопротивлений, вызванного процессами окисления, механиеским повреждением и загрязнением резистивных пленок. Как правило, такие отказы определяются технологическими дефектами. В нашем случае в качестве резитивного материала был использован кермет К50-С, который довольно стоек к процессам окисления (кроме того, технологически можно управлять процессами старения резистора, а также ТКС, изменяя скорость напыления, что приводит к практически полному устранению постепенных отказов). Наиболее характерными отказами навесных компонентов являются обрывы металлизации и выводов, короткое замыкание р-n переходов. Отказы МСБ, вызванные особенностями космических условий эксплуатации (нестационарное ядерное излучение, влияние быстрых нейтронов, коротких импульсов рентгеновского и гамма-излучения) можно не учитывать, так как им в основном подвержены ИС и МСБ с большой плотностью упаковки, выполненными по 10-ти микронной технологии и менее, а в нашем случае ширина проводников составляет 250 мкм. С учетом вышеприведенного анализа, расчет надежности блока проводим по внезапным отказам.

Будем полагать, что отказы элементов независимы, а элементы и в целом блок могут находится в одном из двух состояний: работоспособном или неработоспособном. В нашем случае блок не имеет резервирования, поэтому, в нашем случае будет использоваться последовательная логическая схема надежности (отказ элемента ведет к отказу блока).

В основе расчета лежит определение вероятности безотказной работы блока и среднего времени наработки до отказа , где - время непрерывной работы изделия, - эксплуатационное значение интенсивности отказов (ИО) блока.

Для последовательной логической схемы надежности:

где - ИО 1ФЯ (табл. 4.4. );

-ИО модулей М4 (тонкопленочных МСБ);

-ИО модуля M1 (тонкопленочная МСБ);

-ИО трех керамических конденсаторов К10-17-1В, расположенных на 2ФЯ;

-ИО соединителей (Х1,Х2,ХЗ, Х4);

-ИО соединителя на печатной плате;

-ИО паяных соединений;

-ИО проводных соединений;

-ИО печатных плат 2-й и 3-й ФЯ;

-коэффициент механической нагрузки, =1,65 (ракетная аппаратура)[23];

-коэффициент, отражающий влияние на работоспособность приборов давления, которое уменьшается с увеличением высоты, =1,17 (Минимальное давление в отсеке 20 кПа соответствует давлению на высоте 17000 м [9]) [23];

("1") -коэффициент, показывающий степень воздействия на надежность устройств - влажности, в сочетании с определенной температурой, =2 (относительная влажность 98% при температуре 25°С) [23];

Рассчитаем надежность МСБ. Так как МСБ M1 и М4 выполняются по одной и той же технологией на одном и том же оборудовании) и имеют практически одинаковую структуру, то рассчитаем надежность модуля М4 (так как он непосредственно разрабатывался в дипломном проекте) и распространим расчетное значение ИО модуля М4 на модуль M1. В состав МСБ модуля М4 входят 9 тонкопленочных резисторов с номиналом 100 кОм±5%, 6 безкорпусных ИМС 765КП1-1 и навесной конденсатор К10-17-1В-Н90-О,1мкФ-5.

Расчет надежности МСБ будем производить на основе методики, разработанной для аппаратуры на дискретных элементах [23]. Она заключается в суммировании ИО отдельных элементов с учетом электрического режима работы и условий эксплуатации. Для удобства расчета будем считать, что МСБ М4 корпусированна (полагаем, что корпус стандартный). Тогда модель ИО корпусированной МСБ имеет вид:

где - ИО безкорпусной ИМС;

- ИО тонкопленочного резистора;

- ИО навесного конденсатора;

- ИО проволочной перемычки (золото 999,9 пробы, =0,03 мм),

[24];

- ИО сварного соединения МСБ, [14];

- ИО паяного соединения МСБ, [14];

- ИО подложки МСБ, [23];

- ИО корпуса МСБ, (пластмассовый корпус) [23];

- количество ИМС, ;

- количество тонкопленочных резисторов, ;

- количество навесных конденсаторов, ;

- количество выводов у ИМС 765 КП1-1, ;

- количество проволочных перемычек, ;

-количество внешних (задействованных) выводов, ;

Определим ИО безкорпусной ИМС 765КП1-1:

("2") ,

где - интенсивность отказов микросхемы в нормальных условиях эксплуатации

Для ИМС 765КП1-1 [23] ;

- коэффициент режима работы ИМС;

- коэффициент электрической нагрузки. Для микросхем зависит от напряжения питания;

где - напряжение питания, ;

- максимально допустимое напряжение питания ИМС 765КП1-1, [3];

Определим коэффициент режима работы безкорпусной ИМС . Коэффициент зависит от коэффициента нагрузки ИМС и температуры ИМС :

ля и по графику определяем [23].

Определим ИО тонкопленочного резистора:

где - базовая ИО пленочного резистора, [23];

- коэффициент режима работы пленочного резистора;

- коэффициент, учитывающий нагрузку тонкопленочного резистора;

- коэффициент, учитывающий номинальное сопротивление. Для тонкопленочных

резисторов с диапазоном сопротивлений 10 кОм<R<100 кОм [23];

("3") - коэффициент, учитывающий номинальную мощность рассеяния. Для мощностей от 0,062 до 0,5 Вт [23];

Определим коэффициент нагрузки резистора

,

где - фактическая мощность рассеивания резистора, ;

- предельно допустимая мощность рассеивания резистора;

где - допустимая мощность рассеивания кермета К-50С, ;

- фактическая длина резистора, ;

- фактическая ширина резистора, ;

Определим коэффициент режима работы пленочного резистора . Коэффициент зависит от коэффициента нагрузки резистора и температуры резистора :

Для и по графику определяем [23].

Определим ИО навесного конденсатора К10-17-1В: