4. Оценка показателей безотказности печатного узла
.1 Уточнение исходных данных, используемых для прогнозирования эксплуатационной безотказности элементов
Уточненный
расчет показателей безотказности
функционального модуля, выполненного
с использованием печатного монтажа.
Печатная плата двухслойная с
металлизированными сквозными отверстиями.
Общее количество отверстий на печатной
плате 816, из них металлизацию имеют 262
отверстий. Электрическое соединение
модуля с РЭУ, в составе которого он будет
функционировать, осуществляется
посредством соединителя типа СНП68.
Уровень качества элементов (компонентов),
используемых в модуле, соответствует
приеме "1" - приемке ОТК. Модуль
предназначен для эксплуатации в составе
подвижной аппаратуры категории исполнения
УХЛ 1.1 по ГОСТ 15150-69. Заданное время
работы, указанное заказчиком, составляет
.
Интересующие показатели безотказности
-
,
и
при
= 95%.
Уточненные данные в таблице 4.1и 4.2 взяты из источника [1] и [3]:
Таблица 4.1 - Уточненные характеристики элементов РЭУ
Элемент |
|
|
|
Количество
|
ИМС |
0,028 |
1 |
5,5 |
1 |
Конденсатор керамический |
0,022 |
1 |
5 |
3 |
Резисторы постоянные металлодиэлектрические |
0,044 |
1 |
3 |
5 |
Соединитель (розетка) |
0,0041 |
1 |
2,5 |
1 |
МО на печатной плате |
|
1 |
5 |
262 |
Соединения пайкой волной |
|
1 |
5 |
554 |
В таблице 4.2 сведены уточненные типоразмеры элементов РЭУ:
Таблица 4.2 - Уточненные типоразмеры элементов РЭУ
Элемент, компонент |
Позиционное обозначение |
Тип |
Функциональное назначение |
Количество |
Примечание |
Предельная рабочая температура |
ИМС |
DA1 |
К140УД12 |
прецизионный предварительный усилитель |
1 |
42 элемента |
|
Конденсаторы |
C1, С2, С3 |
К10-50б |
керамический |
3 |
|
|
Резистор |
R1 |
С2-33Н |
постоянные непроволочные |
1 |
|
|
Резистор |
R2 |
С2-33Н |
постоянный непроволочный |
1 |
|
|
Резисторы |
R3, R4, R5 |
С2-33Н |
постоянный непроволочный |
3 |
|
|
Соединитель |
XS1 |
СНП68 |
электрический низкочастотный прямоугольный для печатного и объемного монтажа |
1 |
72
контакта,
|
|
МО, пропаянные волной |
- |
- |
- |
262 |
Количество отверстий |
- |
Соединения пайкой волной |
- |
- |
- |
554 |
Дополнительно к МО пропаянных волной |
- |
за время
4.2 Определение коэффициента электрической нагрузки для активного элемента (конденсатор)
Для расчета коэффициента электрической нагрузки учитываются наиболее влияющие на надежность элемента факторы. Для конденсатора таковым фактором является напряжение. Для остальных же элементов выбираем рекомендуемые коэффициенты электрической нагрузки из диапазона [0,2…0,6].
Расчет
для конденсатора:
так как максимальное выходное напряжение на усилителе равняется 10 В, то из этого следует что оно будет максимально падающим на конденсатор. Из технических условий на конденсатор, находим предельно допустимое рабочее напряжение: 25 В [4]. Из этого следует что:
В таблице 4.3 сведены значения коэффициента нагрузки всех элементов:
Таблица 4.3 - Значения коэффициента нагрузки элементов РЭУ
Элемент |
С1 |
С2 |
С3 |
R1 |
R2 |
R3, R4, R5 |
DA1 |
XS1 |
|
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,35 |
0.5 |
4.3 Расчет параметров безотказности элементов РЭУ
Определим
максимальную температуру элементов в
составе РЭУ. Для учета влияния температуры
на эксплуатационную интенсивность
отказов элементов
принято во внимание верхнее значение
предельной рабочей температуры (
),
соответствующее РЭУ исполнения УХЛ 1.1
по ГОСТ 15150-69, и возможное увеличение
предельной рабочей температуры на
значение
за счет нагрева (солнечными лучами) РЭУ
и, следовательно, модуля в составе РЭУ
(см.п.5.4 ГОСТ 15150-69).
Предельная
рабочая температура
теплонагруженных элементов (ИМС, мощные
резисторы) определена как:
где
- перегрев в нагретой зоне печатного
узла.
Предельная рабочая температура нетеплонагруженных элементов (конденсаторов, слабонагруженных резисторов, соединитель) подсчитана как:
где
- средний перегрев воздуха внутри
конструкций РЭУ.
Рассчитаем поправочные коэффициенты моделей эксплуатационной интенсивности отказов и полученные результаты занесем в таблицу 4.4:
Для
интегральных микросхем
вычисляется по формуле:
(4.1)
Для резистора вычисляется по формуле:
(4.2)
Для
конденсаторов
вычисляется
по формуле:
(4.3)
Для соединителя вычисляется по формуле:
(4.4)
Коэффициенты берутся из учебного пособия "Расчет показателей надежности радиоэлектронных средств".
Таблица 4.4 - Расчёт эксплуатационной безотказности элементов модуля
Позиционное обозначение |
Количество |
|
|
Вид
математической модели расчета
|
Значение поправочного коэффициента |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
DA1 |
34 |
0,35 |
0,028 |
|
1,23 |
1 |
0,63 |
|
1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
1 |
5,5 |
12,78 |
12,1721 |
R1 |
34 |
0,4 |
0,044 |
|
|
|
0,59 |
|
|
|
|
0,7 |
0,7 |
1 |
|
|
1 |
3 |
0,867 |
1,2974 |
|
34 |
0,4 |
0,044 |
|
|
|
0,59 |
|
|
|
|
2 |
0,7 |
1 |
|
|
1 |
3 |
2,478 |
3,707 |
|
102 |
0,4 |
0,044 |
|
|
|
0,59 |
|
|
|
|
0,7 |
0,7 |
1 |
|
|
1 |
3 |
0,867 |
3,8924 |
|
102 |
0,4 |
0,022 |
|
|
|
0,18 |
|
|
|
1,2 |
|
|
|
|
|
1 |
5 |
1,081 |
2,4235 |
|
1 |
0,5 |
0,0041 |
|
|
|
2,13 |
|
|
|
|
|
|
|
15,2 |
0,4 |
1 |
2,5 |
32,35 |
0,1326 |
ПЧс МО |
-262 |
- |
|
См. табл. 3.2.1 |
|
|
|
4,11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
5 |
32,354 |
0,1488 |
СПВ |
6 554 |
- |
|
|
|
|
|
4,11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
5 |
32,3354 |
1,6588 |
радиоэлектронный печатный электрический конденсатор
Таблица 4.5 - Расчет поправочных коэффициентов к элементам РЭУ
Наименование и позиционное обозначение элемента |
Модель прогнозирования |
Математическое выражение поправочного коэффициента |
Значения величин |
Значения найденных величин |
Интегральная микросхема DA1 |
|
см. таблицу A.1 |
0,028 |
- |
|
|
|
|
|
|
|
см. таблицу A.3 |
1 |
- |
|
|
см. таблицу A.4 |
3 |
- |
|
|
|
|
|
|
|
см. таблицу A.10 |
1 |
- |
|
|
см. таблицу A.11 |
5,5 |
- |
Конденсаторы C1, C2, C3 |
|
см. таблицу A.1 |
0,173 |
- |
|
|
|
|
0,181 0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
см. таблицу A.10 |
1 |
- |
|
|
см. таблицу A.11 |
5 |
- |
Резисторы R1,R2,R3 |
|
см. таблицу A.1 |
0,044 |
- |
|
|
|
|
0,5857 = 0,4 |
|
|
|
0,886
9,278
|
|
|
|
см. таблицу A.9 |
|
- |
|
|
см. таблицу A.8 |
0,7 |
- |
|
|
см. Приложение А |
1 |
- |
|
|
см. таблицу A.10 |
1 |
- |
|
|
см. таблицу A.11 |
3 |
- |
Соединитель XS1 |
|
см. таблицу A.1 |
|
- |
|
|
|
|
2,131 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
см. таблицу A.10 |
1 |
- |
|
|
см. таблицу A.11 |
2,5 |
- |
Печатная плата с МО |
|
см. таблицу A.1 |
|
- |
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
- |
|
|
|
1 |
- |
|
|
|
|
|
|
|
см. таблицу A.10 |
1 |
- |
|
|
см. таблицу A.11 |
5 |
- |
Соединения пайкой волной |
|
см. таблицу A.1 |
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
- |
|
|
см. таблицу A.11 |
5 |
- |
см.
таблицу A.2
0,634
0,35
4
см.
таблицу A.5
14,3
3
1
0,507
см.
таблицу A.7
1
2
0,7
15,2
0,4018
см.
таблицу A.10
Определяем суммарную эксплуатационную интенсивность отказов РЭУ:
где
- i-я
группа идентичных элементов.
.4 Определяем показатели безотказности РЭУ
Показатели безотказности РЭУ определяем используя экспоненциальный закон надежности:
) Наработка на отказ:
.
) Вероятность безотказной работы за время :
3) Гамма-процентная наработка до отказа при γ = 99 %:
