1.3 Отказы, связанные с нарушением условий эксплуатации

Также нельзя забывать про отказы, вызванные нарушением условий эксплуатации. Возникновение такого рода отказов возможно на этапах сборки-регулировки аппаратуры, в процессе эксплуатации и обусловлено нарушением требований и рекомендаций по схемотехническому и конструктивному применению ИС.

Наиболее распространены следующие виды нарушений условий применения:

1. Питание от источников, дающих недопустимо большие выбросы напряжений в моменты включения и выключения. Это приводит к пробою изоляции, расплавлению проводников, пробою и обугливанию p-n переходов;

2. Долговременное превышение рекомендуемых тепловых, механических и электрических нагрузок. Это приводит к ускорению развития различного рода отказов, преждевременному старению материалов, постепенной деградации характеристик;

3. Недостаточная жесткость несущей конструкции (прогибы плат, резонансные явления). Это приводит к поломке выводов, растрескиванию и разгерметизации корпусов, отслоению кристаллов от корпуса.

Условия эксплуатации характеризуются комплексным воздействием факторов. Эти факторы подразделяются на: электрические, климатические, механические, радиационные.

Электрические факторы: рабочие напряжения и токи питания, напряжения статических помех, напряжения и токи сигналов, влияние электрических и магнитных полей.

Климатические факторы: температура и влажность окружающей среды, атмосферное давление, тепловой удар, присутствие активных веществ в атмосфере, морской туман, солнечное облучение, грибковые образования, и т.п.

Механические факторы: воздействие вибраций, ударов, линейных ускорений.

Радиационные факторы: космическая и ядерная радиация – облучение быстрыми нейтронами, альфа- и бета-частицами, протонами, нейтронами.

1.4 Предельно допустимые значения факторов, воздействующих на интегральные схемы

Для обеспечения требуемого уровня надежности устанавливаются предельно допустимые значения воздействующих факторов. Для ИС широкого применения они изложены в ГОСТ 18725-83 Е. ИС должны сохранять электрические параметры при воздействиях:

- вибрационных нагрузок в диапазоне частот 5 – 500 Гц при ускорении до 40g

- многократных ударов с ускорением до 150g при длительности удара от 2 мс до 6 мс

- линейных нагрузок с ускорением до 150g

- одиночных ударов с ускорением до 1000g

- диапазоне температур от -60 до +125 0С

- относительной влажности воздуха до 98%.

Минимальная наработка на отказ составляет 10000 ч, срок хранения ИС в корпусном исполнении не менее 6 лет, в бескорпусном исполнении не менее 2 лет.

1.5 Испытания интегральных схем

Испытания являются способом оценки качества и надежности ИС. Цели испытаний:

1. Определение количественных показателей качества и надежности;

2. Установление возможности применения в данной области;

3. Получение гарантии качества благодаря снижению количества отказов при эксплуатации.

Испытания могут проводиться в лабораторных и эксплуатационных условиях. В промышленности испытания проводятся, как правило, в лабораторных условиях путем имитации воздействия различных факторов. При этом характер воздействий должен быть максимально приближен к эксплуатационным условиям.

Категории испытаний для контроля качества:

5. Квалификационные (К) определяют соответствие новой серии ИС полному объему требований стандартов и условий, готовность производства к изготовлению ИС при освоении и подготовке производства.

6. Приемо-сдаточные (ПС) проводятся для контроля качества каждой партии ИС. По результатам испытаний принимается решение о возможности приемки и поставки данной партии ИС.

7. Периодические (П) проводятся согласно плану тех. обслуживания в определенные сроки с целью подтверждения стабильности технологического процесса за контролируемый период.

8. Типовые (Т) необходимы при изменении конструкции, технологии, материалов, полуфабрикатов и компонентов. Испытания проводятся с целью проверки соответствия модернизированных ИС требованиям ТУ.

Испытания на надежность необходимы для определения количественных показателей надежности:

1. Безотказность;

2. Долговечность;

3. Ресурс;

4. Интенсивность отказов;

5. Сохраняемость.

При проведении испытаний определяется устойчивость ИС к эксплуатационным воздействиям. По характеру воздействий испытания делятся на:

1. Конструктивные;

2. Электрические;

3. Механические;

4. Климатические;

5. Радиационные.

Конструктивные испытания включают: проверку габаритных и присоединительных размеров, массы, внешнего вида, механической прочности выводов и соединений, качества защитных покрытий, герметичности, светонепроницаемости.

Механическая прочность выводов определяется проведением испытаний для гибких выводов – на многократные изгибы и растяжения для жестких – на сдвиг, для балочных – на изгиб и растяжение.

Испытания на герметичность осуществляется тремя основными методами: вакуум-жидкостным, радиоактивным, масс-спектрометрическим.

Вакуум-жидкостный метод основан на регистрации пузырьков воздуха, выходящих через неплотности в корпусах, погруженных в жидкость, в которых создается избыточное давление воздуха. В качестве жидкости используется вода или масло. Избыточное давление создается либо нагревом до температуры 100 – 120 0С, либо закачиваем воздуха через специальное технологическое отверстие. Достоинство метода – он самый простой и легко реализуемый на практике. Недостаток – низкая чувствительность: он не позволяет обнаруживать неплотности малого проходного сечения.

Радиоактивный метод заключается в том, что ИС помещаются в герметичную камеру, наполненную радиоактивным газом. После выдержки ИС в течение некоторого времени газ удаляется из камеры, ИС извлекается, и проводится проверка интенсивности их радиации. Если герметичность нарушена, то радиоактивный газ проникает внутрь ИС, и после извлечения из камеры они будут давать интенсивное излучение. Достоинство метода – он намного более чувствительный, чем вакуум-жидкостный. Недостатки – высокая стоимость и опасность работы с радиоактивными материалами.

Масс-спектрометрический метод основан на воздействии гелия на корпус ИС, удалении гелия с поверхности корпуса, и последующем обнаружении его утечек из корпуса с помощью гелиевых течеискателей. Ввиду высочайшей текучести гелия данный метод самый чувствительный. Недостаток метода – крайне высокая стоимость расходных материалов и аппаратуры контроля.

Электрические испытания проводятся в рабочих режимах для проверки работоспособности ИС. Испытания проводятся путем электрической или термоэлектрической тренировки.

Электрическая тренировка ИС проводится на специальных стендах при максимально допустимых режимах (напряжениях и токах) в течение заданного времени. При этом проводится контроль и регистрация параметров с помощью тестов.

Термоэлектрическая тренировка ИС проводится в тепловой камере при максимально допустимых режимах в течение заданного времени. Обычно используются стенды, позволяющие проводить тренировку в широком диапазоне температур и электрических режимов.

Механические испытания заключаются в испытании на виброустойчивость, вибропрочность, ударную прочность, воздействие линейных нагрузок. Испытания проводятся при жестком креплении ИС к платформе стенда так, чтобы воздействие нагрузки передавалось на ИС с минимальной амортизацией. Направления усилий выбираются в наиболее опасных для ИС направлениях. ИС подвергаются контролю электрических параметров до воздействия, после воздействия, в некоторых случаях – во время воздействия.

Испытания на вибропрочность и виброустойчивость проводятся на вибростендах на фиксированной частоте или в диапазоне частот. Параметры вибрационных нагрузок (продолжительность, ускорение, и т.п.) устанавливаются в зависимости от категории испытаний.

Испытания на ударную прочность проводятся на ударных стендах, которые позволяют устанавливать среднее ускорение и длительность удара, режимы одиночного или многократных ударов. Параметры воздействий устанавливаются в зависимости от категории испытаний.

Климатические испытания включают испытания на теплоустойчивость, холодоустойчивость, влагоустойчивость, устойчивость к повышенному и пониженному атмосферному давлению, устойчивость к воздействию морского тумана. ИС подвергаются контролю электрических параметров до воздействия, после воздействия, в некоторых случаях – во время воздействия.

Испытания на теплоустойчивость проводятся в камерах теплоты при максимально допустимом электрическом режиме. Время выдержки и температура определяются в ТУ и задаются в зависимости от категории испытаний. Обычно температура лежит в пределах 75 – 150 0С, время выдержки – от нескольких часов до нескольких суток.

Холодоустойчивость определяется в камерах холода. Обычно температура лежит в пределах -40 - -60 0С.

Устойчивость к смене температур определяется термоциклированием. При этом сначала ИС помещается в камеру теплоты, температура в которой доведена до максимально допустимой, и выдерживается в течение 30 мин. Затем ИС переносится в камеру холода, температура в которой доведена до минимально допустимой, и выдерживается в течение 30 мин. Обычно проводится три и более циклов испытаний.

Испытания на влагоустойчивость проводятся в камерах влажности в течение нескольких суток при температуре и влажности, заданных в ТУ.

Устойчивость к повышенному и пониженному атмосферному давлению проверяется в барокамерах, диапазон давлений которых лежит в пределах от 665 от 3∙105 Па.

Устойчивость к воздействию морского тумана проверяется при температуре +20 - +30 0С в камере, в которой созданы условия, имитирующие морской туман путем распыления растворов солей. Продолжительность воздействия обычно составляет несколько суток.

Радиационные испытания проводятся облучением ИС заданной дозой излучений: гамма-излучения, потоком нейтронов, и т.д.