3.2. Выбор корпуса гис

Для ГИС частного применения в основном используется корпусная защита, предусматриваемая техническими условиями на разработку.

По применяемым материалам корпуса подразделяются на стеклянные (СТ), металлостеклянные (МС), керамические (К), металлокерамические (МК), металлополимерные (МП) и пластмассовые (ПЛ). Стеклянные корпуса состоят из стеклянного основания с впаянными в него выводами и крышкой из стекла или металла. Металлостеклянные имеют металлическое основание с выводами, изолированными стеклом, Керамические корпуса изготавливаются из керамики с герметизацией выводов стеклоэмалью или стеклоприпоем, В металлокерамических корпусах основанием служит керамическая подложка, а крышка делается из металла. В металлополимерных корпусах микросхема помещается под металлическую крышку, а выводы её заливаются компаундом. Пластмассовые корпуса изготавливаются из пластмассы. Выводы закрепляются в корпусе в процессе литья или прессования.

Для герметизации ГИС необходимы корпусы с большими размерами монтажных площадок. Выбор типа корпуса определяется условиями, работы аппаратуры, для которой данная ИМС предназначена, и требованиями по сборке, установке и монтажу. Выбор типоразмера корпуса определяется размером монтажной площадки для установки платы ГИС, высотой (толщина подложки плюс высота самого высокого навесного компонента) и числом выводов.

На рис. 9 представлены основные типы корпусов, применяемых для герметизации ГИС.

В условном обозначении корпуса первая цифра укапывает на тип корпуса, вторые две цифры обозначает типоразмер, третьи две цифры - число внешних выводов и последняя цифра - порядковый регистрационный номер.

Нумерация выводов корпуса начинается, с вывода, расположенного в зоне ключа. В качестве ключа может быть выступ, выемка, углубление или другой конструктивный знак на корпусе, выполненный маркировкой.

4. Оценка надежности гис

Под надежностью ИМС понимают свойство микросхем, выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующим заданным режимам и условиям использования, хранения и транспортирования [6].

Нарушение работоспособности ИМС может возникать вследствие появления внезапных или постепенных отказов. Внезапные отказы происходят в результате резкого, скачкообразного изменения определяющих параметров ИМС. Они обусловлены проявлением скрытых дефектов в материалах и элементах конструкции микросхемы. Постепенные отказы являются, следствием деградации физических свойств материалов под влиянием эксплуатационных факторов и естественного старения.

Рис. 9. Основные типы корпусов, применяемых для герметизации ГИС.

Расчет надежности ГИС на этапе их разработки основан на определении интенсивности отказов - (t) и вероятности безотказной работы – P(t) на требуемый промежуток времени. Определение (t) основано на статистических методах, которые базируются на предположении, что ГИС представляет собой функциональный узел, состоящий из разнородных дискретных элементов, отказ каждого из которых приводит к отказу ИМС.

При этом функционально-надёжностная схема состоит из последовательной цепочки компонентов ненадежности, отказы которых являются случайными и независимыми событиями. Для такой схемы справедлив экспоненциальный закон надежности, а интенсивность отказов ИМС определяется алгебраической суммой интенсивностей отказов компонентов [2, 6]. Расчет надежности производят после разработки топологии и конструкции ГИС с учетом реальных режимов работы элементов и компонентов и влияния факторов окружающей среды. Исходными данными для расчета надежности ГИС (МСБ) являются:

• принципиальная электрическая схема и режим работы, топология, конструкция, технология изготовления и сборки ИМС;

• значения интенсивности отказов - _0i для каждого компонента при нормальных условиях эксплуатации;

• время безотказной работы t или минимальная наработка t_н до отказа;

• зависимости _0i от электрического режима и внешних условий:

51

где _i=f(T,K_н) - коэффициент, учитывающий влияние окружающёй температуры и электрической наг­рузки;

K_i=K₁·K₂·K₃ - коэффициент, учитывающий воздействие механических нагрузок влажности и атмосферного давления для бескорпусных ГИС. Для корпусных ГИС K_i=K₁.

На такие компоненты как подложка, соединения, проволочные вы­воды и перемычки, корпус действуют только внешние условия, т.е. для них

Для расчетов рекомендуются следующие среднестатистические значения интенсивностей отказов: - навесные транзисторы и диоды _0т=_0д=1,0·10^-8 ч^-1;

тонко- и толстоплёночные резисторы _0R=1,0·10^-9 ч^-1; - тонкопленочные конденсаторы _0c=(8,0 – 10) ·10^-9 ч^-1;

- навесные керамические конденсаторы _к=5,0·10^-10 ч^-1;

- керамические подложки _0П=5,0·10^-10 ч^-1;

- навесные резисторы _0HR=7,0·10^-10 ч^-1;

- пленочные проводники и контактные площадки _0ПР=1,1·10^-9 ч^-1;

- паяные соединения _{о соед}=3,0·10^-9 ч^-1;

Зависимости коэффициентов _R, _Т, _Д, _С oт температуры Т окружающей среды и коэффициента нагрузки К_н для резисторов, транзисторов, диодов и конденсаторов приведены на рис. 10.

Коэффициенты нагрузки определяются из соотношений:

• транзисторов и диодов

где I_i - ток коллектора i-го транзистора, или ток, протекающий через открытый диод;

U_i – напряжение коллектор-эммитер i-го транзистора или на закрытом диоде;

I_iдоп, U_iдоп - допустимые значения токов и напряжений;

- резисторов

Рис. 11. Зависимости поправочных коэффициентов и коэффициента нагрузки К_н от температуры для: а) плёночных резисторов, б) транзисторов, в) диодов, г) плёночных конденсаторов.

где P_i - рассеиваемая на резисторе мощность;

P_{i доп} - допустимая косность рассеивании;

- конденсаторов

где U_i – рабочее напряжение;

U_{i доп} - допустимое напряжение на конденсаторе.

Для различных, условий эксплуатации значении коэффициента в зависимости от механических нагрузок следующие:

- лабораторные K₁=1,0;

- полевые K₁=1,07 ;

- корабельные K₁=1,37 ;

- автомобильные K₁=1.,46 ;

- железнодорожные K₁=1,54 ;

Значения коэффициента K₂ в зависимости от влажности cocтавляют:

K₂ = 1,0 при влажности 6070% и Т = 2040°С;

K₂ = 2,0 при влажности 9098% и Т = 2025°С;

K₂ = 2,5 при влажности 9095% и Т = 3040*0°С;

Величина коэффициента K₃ в зависимости от атмосферного давления изменяется в пределах от 1,0 до 1,45 в диапазоне высот от 1 до 40 км (0,05 на каждые 5 км высоты ).

Величина интенсивности отказов ГИС - _Σ определяется выражением:

_Σ =ΣN_i·_i 52

где N_i - количество однотипных элементов.

В частности, если ГИС содержит плату, с полным набором пленоч­ных, элементов и компонентов с гибкими выводами, то

_Σ=N_T··_T+N_Д·_Д+N_R·_R+N_C·_C+N_П·_П+N_К·_К+N_Н·_Н+(3N_T+2N_Д+2N_H) ·_ПР+2· (3N_T+ +2N_Д+2N_H+N_B) ·_СОЕ

где N_T, N_Д, N_R, N_C, N_П, N_K, N_H, N_B – число транзисторов, диодов, пленочных резисторов, конденсаторов, проводников, контактных площадок, пассивных навесных компонентов и выводов корпуса;

_Т , _Д , _R , _C , _П , _К , _Н , _ПР , _СОЕД - интенсивности отказов соответствующих элементов, подложки, корпуса, навесных пас­сивных элементов, проводников и контактных площадок, соединений.

Расчетное значение вероятности безотказной работы за время составляет

P_p(t)= e^-•t 53

Подученное значение P_p(t)сравнивают со значением, заданным в ТЗ или оговоренным в технических условиях.