МТУСИ 1-4 КУРС БРА / Радиотехника аудиовизуальная бакалавр БРА2001 / 3 КУРС 6 С / 8 ОКИТПРЕС / 1. печать лаб раб 4

МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

(МТУСИ)

Факультет "Радио и телевидение"

Кафедра "Электроника"

Лабораторная работа №4

по дисциплине: "Основы конструирования и технологии производства электронных средств"

на тему: " РАСЧЁТ НАДЁЖНОСТИ МИКРОСБОРКИ "

Исполнитель:

студент ____________________________________ Е.А. Гаврилов

Проверил: __________________________________ Г. М. Аристархов

Цель работы

Ознакомится с методикой расчета и рассчитать надежность отдельных элементов микросборки (МСБ) и всей МБС в целом по внезапным и постепенным отказам, а также определить допустимое время работы МСБ с заданной вероятностью.

Исходные данные

№ п/п	Элемент
1	ИМС
2	Сварное соединение
3	Клееное соединение

Вариант	N	m
3	14	12

Расчётная часть

1. Определим вероятность безотказной работы системы, состоящей из N элементов, по внезапным отказам

Полагаем, что для функционирования системы необходима исправная работа всех элементов. Вычислим интенсивность отказов РЭА, среднее время безотказной работы, а также оценим вклад каждого элемента в её надёжность. Для расчёта этих параметров будем использовать формулы:

Начнём расчёт с кристаллов ИМС:

• Рассчитаем интенсивность отказов РЭА:

• Вычислим среднее время безотказной работы:

• Построим график зависимости вероятности безотказной работы кристаллов ИМС от времени (в часах):

Рисунок 1 – Зависимость вероятности безотказной работы ИМС от времени

Как можно видеть на графике, вероятность безотказной работы элемента снижается. График убывает по экспоненциальному закону. За часов вероятность снизилась с 1 до 0,3167. Период, в течение которого значения были больше 0,99 составляет 70000 часов. Время, в течение которого вероятность безотказной работы находилась в пределах от 1 до 0,9 составляет 750000 часов:

Проведём аналогичные вычисления для сварных соединений:

• Вычислим интенсивность отказов РЭА:

• Вычислим среднее время безотказной работы:

• Построим график зависимости вероятности безотказной работы сварных соединений от времени:

Рисунок 2 – Зависимость вероятности безотказной работы сварных соединений от времени

На протяжении всего периода длительностью 1400000 часов вероятность безотказной работы падала. В конце временного промежутка она достигла значения 0,198712. Период, в течение которого вероятность безотказной работы превышала значение 0,99 примерно равен 6000 часов, а для значения 0,9 – 90000 часов:

Рассчитаем параметры надёжности клееного соединения:

• Рассчитаем интенсивность отказов РЭА:

• Вычислим среднее время безотказной работы:

Построим график зависимости вероятности безотказной работы клееных соединений от времени (в часах):

Рисунок 3 - Зависимость вероятности безотказной работы клееных соединений от времени

В случае клееных соединений наблюдается тенденция, схожая с предыдущими графиками. Клеевые соединения имеют достаточно резкий спад надёжности со временем.

Произведём оценку параметров надёжности всей МСБ:

• Рассчитаем интенсивность отказов РЭА:

• Вычислим среднее время безотказной работы:

Построим график зависимости вероятности безотказной работы клееных соединений от времени (в часах):

Рисунок 4 – График вероятности безотказной работы МСБ в сборе

Величина вероятности безотказной работы превышает значение 0,99 на отрезке в 3400 часов, а отметку 0,9 на участке в 39000 часов.

2. Определим вероятность безотказной работы системы по постепенным отказам

Для нахождения нужной вероятности воспользуемся формулой:

Начнём вычисления с кристаллов ИМС:

Число кристаллов, заданное по варианту равно 14. Следовательно, возводить формулу будем в 14-ую степень. Для построения зависимости возьмём временной интервал от 494000 до 506000 часов. Получим следующий график:

Рисунок 5 – График вероятности безотказной работы кристаллов ИМС (постепенные отказы)

Из графика можем вывести следующие вероятности:

Определим промежутки времени, в которые кристаллы ИМС будут работать без отказов с вероятностями 0,99 и 0,9:

Теперь рассмотрим вероятность безотказной работы сварных соединений по постепенным отказам:

Так как у сварных соединений параметры аналогичны кристаллам ИМС, период времени возьмём тот же самый. Единственное отличие – количество элементов. В данном случае их 226. Построенный график будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 6 – График вероятности безотказной работы сварных соединений по постепенным отказам

По графику найдём параметры вероятностей по методу 3-х сигм:

Временные промежутки работы сварных соединений без постепенных отказов с вероятностями 0,99 и 0,9:

Рассмотрим клееные соединения:

Их кол-во равняется числу кристаллов ИМС, то есть, 14. Так как параметры отличаются от вышеупомянутых элементов, интервал времени будет выбран иной: 92000 до 106000 часов. Построим график:

Рисунок 7 – График вероятности безотказной работы клееных соединений по постепенным отказам

Как можно видеть, интервал времени безотказного функционирования клееных соединений значительно меньше, чем у кристаллов ИМС и сварных соединений. Следовательно, эти элементы конструкции вносят наибольший вклад в падение вероятности безотказной работы схемы и по внезапным, и по постепенным отказам.

Найдём о графику ключевые вероятности:

Найдём время безотказного функционирования клееного соединения при постепенных отказах с вероятностями 0,99 и 0,9:

Теперь построим график вероятности безотказной работы всей МСБ по постепенным отказам:

Для построения графика воспользуемся формулой:

Так как время безотказной работы клееных соединений самое маленькой, то общая продолжительность работы схемы без отказов будет главным образом определяться именно ей. Получим следующий график:

Рисунок 8 – График вероятности безотказной работы ИМС по постепенным отказам

Как можно видеть, график обладает достаточно резким спадом. Также, стоит отметить, что срок безотказной работы МСБ по постепенным отказам, как и по внезапным, меньше, чем у каждого элемента по отдельности, что логично.

Найдём время безотказного функционирования МСБ в целом, при постепенных отказах с вероятностями 0,99 и 0,9:

3. Теперь построим график суммарной вероятности безотказной работы МСБ

Для построения используем формулу:

Получим следующий график:

Рисунок 9 – Графики вероятностей безотказной работы МСБ

На данном рисунке представлено 3 графика: синий – график общей вероятности безотказной работы МСБ для обоих видов отказов, оранжевый – график вероятности безотказной работы МСБ по внезапным отказам, а серый – только по постепенным. Из графика можно сделать вывод, что постепенные отказы могут наступить на порядок быстрее, чем внезапные. Следовательно, наибольший вклад в падение общей вероятности безотказной работы вносят именно постепенные отказы. Так, для МСБ с учётом всех типов отказов времена работы на 0,99 и 0,9 будут равны:

Вывод:

В ходе выполнения лабораторной работы были произведены расчёты вероятностей безотказной работы МСБ и каждой группы её элементов по отдельности для различных видов отказов. Также, был произведён расчёт вероятности безотказной работы МСБ.

Москва 2023