Методическое пособие 700
.pdf
где К р* – коэффициент, выбираемый из |
|
элементов N, поставленных на испытания, |
|||||||||
табл. 1.4 в зависимости от числа отказов п |
|
на длину интервала dt: |
|||||||||
и значения доверительной вероятности Р*. |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Таблица 1.4 |
|
|
|
dn |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
f(t) = dn/(Ndt) = |
|
= λ(t) P, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N / S(Sdt) |
|||
Р* |
|
|
К |
р* при n |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
где S = N – n – число исправно работаю- |
|||||
|
0 |
1 |
2 |
|
3 |
|
|||||
|
|
4 |
5 |
|
|
||||||
0,6 |
0,92 |
2,0 |
3,1 |
|
4,2 |
|
щих изделий; |
dn/(S dt) = λ; S / N = |
|||
|
5,2 |
6,3 |
|
|
|||||||
0,9 |
2,3 |
3,9 |
5,3 |
|
6,6 |
|
Р. |
9,3 |
|
|
|
|
8,0 |
|
|
||||||||
Р* |
|
|
К |
р* при n |
|
|
Поскольку f(t) |
= dF/dt = – dР/dt, то |
|||
|
|
|
λ(t) Р = –dP/dt, отсюда |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
6 |
7 |
8 |
|
9 |
10 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
7,3 |
8,4 |
9,4 |
|
10,5 |
11,5 |
λ(t) dt = –dP/P. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
0,9 |
10,5 |
11,8 |
15,0 |
14,2 |
15,4 |
||||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3. Зависимости между основными характеристиками надежности
Под плотностью вероятности времени неисправной работы понимают от-
ношение числа отказов dn в интервале времени dt к произведению общего числа
Проинтегрируем последнее выражение при Р(0) = 1 и после преобразования получим
t
(t )dt
P(t) e 0
|
|
|
|
|
|
|
Средняя наработка до отказа Т |
– ма- |
тогда |
||||
тематическое ожидание наработки до пер- |
||||||
|
|
|
||||
вого отказа: |
|
P(t) e 1 T . |
||||
|
|
|
|
tdP(t) |
dt |
|
|
Т |
tf(t)dt - |
|
- tdP(t) -tP(t) |
0 |
|||
|
|
||||||
0 |
|
0 |
dt |
0 |
|
||
|
|
||||||
|
|
|
|
||||
;
T 
P(t)dt .
0
Эта формула устанавливает зависимость между временем и вероятностью
исправной работы. Видно, что Т есть площадь, ограниченная кривой вероятности исправной работы. При λ = соnst имеем:
Р(t)=е -λt и Т = 
е -λt dt = 1/λ ,
0
В большинстве технических условий
P(t)dt P(t)dt
на ППИ указывается не срок сохраняемо-
0сти,0 а гамма-процентный срок сохраняе-
мости Тγ – срок, в течение которого ППИ не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ-процентов.
Полагая закон распределения времени безотказной работы ППИ экспоненциальным, имеем:
е –λTγ = γ/100.
Логарифмируя данное выражение, получим:
Tγ = – 1 ln 100 
T ln 100 .
Опытное значение γ-процентов вычисляется по формуле
γ = (1 – n/N) 100,
где n – число отказов в выборке; N – объем выборки.
Для ИС гамма-процентный срок сохраняемости выбирается при заданной вероятности γ = 95 %, для полупроводниковых приборов при γ = 98 %.
1.4. Примеры решения задач по надежности
Задача 1. При испытании 200 ИС в течение 1000 ч имеем 2 отказа . Определить λ при доверительной вероятности 0,6
и 0,9.
Используем формулу
λ = Кр*/(NТ).
Из табл. 1.4 при n = 2 находим Кр*0,6
= 3,1 и Кр*0,9 = 5,3.
λ0,6 = 3,1/(200·1000) = 1,55·10-5 1/ч = 1,55 %/1000 ч = = 15500 фит;
λ0,9 = 5,3/(200·1000) = 2,65·10-5 1/ч = 2,65 %/1000 ч = = 26500 фит.
Эта задача нахождения λ – прямая. Так как в формуле есть еще три переменные, то могут быть и три обратные задачи: по определению n, N и Т.
Задача 2. λ = 0,1 %/1000 ч
N = 100 n = 1 P* = 0,6 T – ?
Ответ: Т = 20 000 ч.
Задача 3. |
λ = 1500 фит |
n = 0 P*1 = 0,6 P*2 = 0,9 Т = 1000
N1 – ? N2 –?
Ответ: N1 = 600;
N2 = 1500.
Задача 4. |
λ = 10-6 1/ч |
|
T = 5000 ч |
|
N = 100 |
|
P* = 0,6 |
|
n – ? |
Ответ: n = 0. |
|
Задача 5. |
Tγ = 30 000 ч |
|
γ = 95% |
λ – ?
Используем формулу
|
Tγ = – |
1 |
ln |
|
. |
|
|
|
|||
|
100 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: λ |
|
|
= 1,7·10-6 1/ч. |
||||
Задача 6. |
λ = 10-6 1/ч |
||||
|
γ= 95% |
||||
|
Tγ – ? |
||||
Ответ: Tγ = 6 лет. |
|||||
Задача 7. |
N = 100 |
||||
|
γ= 95% |
||||
Tγ = 10 лет n – ?
Ответ: n = 5 шт.
Контрольные вопросы
1.Дайте определение качества полупроводниковых изделий.
2.Какими основными показателями качества пользуются изготовители ППИ?
3.Какие показатели качества используются потребителями изделий?
4.Дайте определение надежности полупроводниковых изделий.
5.Когда закладывается и сохраняется надежность изделий?
6.Когда обеспечивается надежность изделия?
7. |
Объясните Р = Р0 Р. Приведите |
пример. |
|
8. |
Объясните понятия: исправное, ра- |
ботоспособное состояние, наработка, срок
службы или долговечность, безотказность, сохраняемость.
9.Что такое отказ изделия?
10.Объясните понятия: вид и механизм отказа, признаки деления отказов.
11.Назовите пять категорий отказов интегральных схем по их механизму.
12.Какие отказы называются самоустраняющимися?
13.Дайте определение понятия вероятности безотказной работы, свойства функции.
14.Дайте определение понятия вероятности появления отказов, свойства функции.
15.Дайте определение интенсивности отказов, ее типовой зависимости от времени, единицы измерений.
16.Какова классификация ППИ по уровням надежности?
17.Покажите графически зависимость интенсивности отказов от коэффициента нагрузки.
18.Выведите формулу зависимости между основными характеристиками надежности.
19.Дайте определение понятия гам- ма-процентного срока сохраняемости.
2. ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУК- |
2. Масса ИС не должна превышать |
|
ЦИИ |
значений, установленных в стандартах или |
|
ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ |
ТУ на ИС конкретных типов. |
|
|
3. ИС должны быть герметичны. |
|
2.1. Технические требования к конст- |
Показатель герметичности по скоро- |
|
рукции ИС |
сти утечки газа в полых корпусах не дол- |
|
|
жен быть более: |
|
Общие технические условия на ИС, |
– 5·10-3 Па·смЗ/с (5·10-5 л·мкм рт.ст./с) |
|
зависящие от вида приемки, определяют |
– для ИС с внутренним объемом до I см3; |
|
технические требования к их конструкции. |
– 5·10-2 Па·смЗ/с (5·10-4 л·мкм рт.ст./с) |
|
Например, ГОСТ 18725-8З является об- |
– для ИС с внутренним объемом более I |
|
щими техническими условиями на микро- |
см3. |
|
схемы интегральные широкого примене- |
Конкретные значения |
показателей |
ния. В указанном стандарте требования к |
герметичности указывают в |
стандартах |
конструкции ИС определены следующим |
или ТУ на ИС конкретных типов. |
|
образом: |
Показатель герметичности ИС в пла- |
|
1. Общий вид, установочные размеры |
стмассовых корпусах не регламентируется. |
|
и обозначение выводов должны соответст- |
4. Выводы ИС должны выдерживать |
|
вовать чертежам, приведенным в стандар- |
без механических повреждений воздейст- |
|
тах иди технических условиях (ТУ) на ИС |
вие следующих механических |
фак- |
конкретных типов. |
торов: |
|
|
– растягивающей силы, |
направлен- |
ной вдоль оси вывода. Значение растягивающей силы зависит от площади поперечного сечения вывода. Например, величина растягивающей силы для ИС в кор-
пусе 1102.8-1 не более 2,5 Н (0,25 кГс);
– изгибающей силы – для гибких проволочных выводов. Минимальное расстояние места изгиба вывода от корпуса указывают в стандартах или ТУ на ИС конкретных типов.
5. Выводы ИС должен обеспечивать способность их пайки при температуре
(235 ± 5) оС, (270 ± 10) оС или
(350 ± 10) оС.
ИС должны выдерживать воздействие тепла, возникающего при температуре пайки (260 ± 5) оС или (350 ± 10) оС. Кон-
кретное значение температуры пайки, расстояние до корпуса, продолжительность пайки указывают в стандартах или ТУ на ИС конкретных типов. Например, для ИС серии КР1005 в ТУ указана температура
пайки (235 ± 5) оС, расстояние от корпуса до места пайки вывода не менее 1 мм, продолжительность пайки (2 ± 0,5) с. ИС должны выдерживать воздействие тепла,
возникающего при температуре пайки (260
± 5) оС.
Наружные металлические поверхности ИС должны быть коррозионностойкими в условиях хранения и эксплуатации.
6.Наружные металлические покрытия и маркировки должны быть устойчивы
квоздействию спиртобензиновой смеси.
7.Стекло (керамика) и спаи стекла (керамики) с металлом должны быть механически прочными и термически стойкими.
8.ИС должны быть механически прочными и сохранять свои параметры в процессе и после воздействия на них механических нагрузок в соответствии с табл. 2.1.
9. ИС должны быть устойчивы к климатическим воздействиям и сохранять свои параметры в процессе и после воздействия на них следующих климатических факторов:
–пониженной рабочей температуры среды, выбираемой из ряда: –10, –25, –45, –60 °С, – и пониженной предельной температуры среды –60 °С;
–повышенной рабочей температуры среды, выбираемой из ряда: 55, 70, 85, 100, 125, 155 °С;
ТАБЛИЦА 2.1 |
|
|
– изменения температуры среды в |
||
|
|
|
|
пределах от повышенной рабочей темпе- |
|
|
|
Значения параметратураыдлясреды до пониженной рабочей |
|||
Воздействующий фактор |
групп ИС потемператусловиямры среды; |
||||
и его параметры |
|
эксплуатации– относительной влажности не более |
|||
|
|
1 |
|
98 % 2при температуре 35 °С без конденса- |
|
Синусоидальная вибрация: |
|
|
ции влаги; |
|
|
диапазон частот, Гц |
|
1 – 500 |
1 ––2000атмосферного пониженного давле- |
||
|
2 |
100 (10), 150 |
ния 26 664 Па (200 мм рт.ст.); |
||
амплитуда ускорения, м/с (g) |
(15), 200 (20) |
|
|||
Механический удар одиночно- |
|
|
– атмосферного повышенного давле- |
||
го действия: |
|
|
|
ния до 294 199 Па (3 кГс/см2). |
|
|
|
|
ИС, |
предназначенные для эксплуата- |
|
пиковое ударное ускорение, |
|
|
|||
|
|
ции в условиях тропического климата, |
|||
2 |
|
|
|
||
м/с (g) |
|
1500(150) |
|
||
длительность действия |
удар- |
|
|
должны быть устойчивы к воздействию |
|
|
|
повышенной влажности воздуха (длитель- |
|||
ного ускорения, мс |
|
1 – 6 |
|||
|
1 – 3 |
|
|||
Линейное ускорение, м/с |
2 |
500 (50) |
|
ное воздействие), соляного тумана и сре- |
|
(g) |
|
1000 (100) |
|
||
|
|
|
|
ды, зараженной плесневыми грибами, при |
|
|
|
2000 (200) |
|
||
|
|
|
|
условии покрытия их защитными лаками. |
|
|
|
5000 (500) |
|
||
|
|
|
|
2.2. Квалификационные испытания как средство |
|
|
|
10000 (1000) |
|
||
|
|
|
|
подтверждения соответствия конструкции ИС |
|
|
|
20000 (2000) |
|
||
|
|
|
|
требованиям ТУ |
|