Краткая характеристика надежностинадёжности элементов

Интегральные микросхемы (ИМС). ВысоконадежныеВысоконадёжные элементы. При прочих равных условиях гибридные ИМС менее надежны по сравнению с полупроводниковыми из-за наличия в них паяных соединений и навесных компонентов. В общем случае цифровые ИМС надежнее аналоговых (линейно- импульсных). Объясняется это режимом переключения, в котором работают цифровые ИМС. Надежность ИМС слабо зависит от степени интеграции, т.е. от числа элементов в ИМС. Объясняется это тем, что значительный вклад в ненадежность ИМС вносят корпус и межсоединения.

Полупроводниковые приборы. примерно 80% отказов полупроводниковых приборов являются постепенными, т.е. отказами в виде постепенного и монотонного ухода параметров за пределы норм, указанных в технической документации. В общем случае мощные полупроводниковые приборы менее надежны. Это объясняется влиянием тепловой нагрузки на кристалл. Установлено, что надежность мощных полупроводниковых приборов во многом зависит от качества припайки кристалла к корпусу. Надежность полупроводниковых приборов также зависит от вида технологии изготовления самого прибора, а, кроме того – от электрического режима работы (усилительный или ключевой режим).

Резисторы. Относятся к классу высоконадежных элементов (исключая переменные и подстроечные резисторы). В общем случае резисторы объемного сопротивления надежнее пленочных, однако, последние более стабильны. Надежность резистора зависит от характера протекающего тока (постоянный, переменный, импульсный, пульсирующий …), а также от номинального значения сопротивления. Высокоомные резисторы менее надежны. Надежность переменных и подстроечных резисторов во многом зависит от качества скользящего контакта.

Конденсаторы. Одни из самых высоконадежных элементов, исключая электролитические конденсаторы. Надежность конденсаторов зависит от их места в электрической схеме (разделительный, блокировочный, контурный или накопительный). Экспериментально установлено, что для конденсаторов справедлив закон "десяти градусов". Суть закона: долговечность конденсаторов уменьшается примерно в два раза на каждые 10 градусов повышения температуры.

Элементы коммутации. Относятся к классу самых ненадежных элементов из-за наличия механических контактов. В справочниках интенсивность отказов для элементов коммутации задается иначе, чем для остальных элементов, а именно:

для тумблеров, кнопок, реле и т.п. – значением l, приходящимся на один контакт при номинальном токе через контакт;

для переключателей - значением l, приходящимся на одну контактную группу при номинальном токе через контакты;

для соединителей (разъемов) – значением l, приходящимся на один штырь разъема при номинальном токе через штырь;

для монтажных и соединительных проводов, кабелей - значением l, приходящимся на каждый метр длины при номинальной плотности тока в проводе.

Справочные значения интенсивности отказов приводятся для К_Н =1 и нормальных условий эксплуатации. На практике для повышения надежности коэффициенты нагрузки выбирают меньше 1, а условия эксплуатации оказываются жестче нормальных. Поэтому возникает задача пересчета справочных значений интенсивностей отказов на конкретный электрический режим и условия эксплуатации.

В общем случае для пересчета пользуются выражением

где l(v) - значение интенсивности отказов с учетом электрического режима и условий эксплуатации (символ v);

l₀ - справочное значение интенсивности отказов;

– пересчетная функция;

– факторы, принимаемые во внимание (коэффициент нагрузки, параметры окружающей среды и т.д.);

m – количество факторов.

Для пересчетной функции наиболее часто используют выражение

где a(x_i) -- поправочный коэффициент, учитывающий влияние фактора х_i.

В качестве влияющих факторов х_i могут рассматриваться коэффициент нагрузки, температура, характер электрического режима, номинальное значение параметра элемента, его разброс и т.д.

В инженерной практике часто учитывают влияние двух факторов - коэффициента электрической нагрузки и температуры. Для определения произведения поправочных коэффициентов для различных элементов можно пользоваться номограммами (семейством кривых), построенными по результатам экспериментальных исследований[16]. Вид этих номограмм показан на рис.

Рис. Номограммы для определения произведения поправочных коэффициентов в случае учета двух факторов – коэффициента нагрузки и температуры

Общий поправочный коэффициент в этом случае есть произведение двух коэффициентов

где a(К_н) – поправочный коэффициент, учитывающий влияние коэффициента нагрузки;

a(t°) – поправочный коэффициент, учитывающий влияние температуры.

На рис. показано, как воспользоваться номограммой в случае, когда К_н = 0,4; t° = 60 °С.

Для учетаучёта влияния на надежностьнадёжность элементов только коэффициента электрической нагрузки можно пользоваться примерным соотношением

где b – показатель степени, зависящий от вида и типа элементов (например, для конденсаторов b= 3¼5, для транзисторов и ИС – b= 1, для резисторов и остальных элементов b= 2).

Например, если для транзистора l₀ = 0,8×10^-6 ч^-1, то при коэффициенте нагрузки этого элемента К_Н =0,5 при b= 1, получим l(v)=0,5×0,8×10^-6=4×10^-7 ч^-1