Розрахунок режимів прискорених випробувань на безвідмовність і довговічність на прикладі ІС серії 1526

Розглянемо практичний приклад, що стосується реальних прискорених випробувань інтегральних схем.

Скорочення тривалості випробувань мікросхем на безвідмовність і довговічність може бути досягнуто в результаті прискорення механізмів старіння виробів за рахунок посилювання режимів, в першу чергу температури випробувань. При розрахунку тривалості випробувань мікросхем використовується РД 11 0755-90.

Фактор прискорення процесів старіння, що призводять до ранніх відмов потенційно ненадійних приладів при впливі на них підвищених температурних навантажень (з урахуванням енергії активації), визначається з використанням розглянутої вище формули (7.1)

де k - константа Больцмана, рівна 8,625 • 10-5 еВ / К; Т 1 і Т 2 - абсолютні значення температури елементів в кристалі (найчастіше - кристала) мікросхеми при випробуваннях: регламентована ТУ 1) і форсують 2) , яка перевищує вимоги ТУ на мікросхеми.

Розрахунок режимів прискорених випробувань проводився для різних значень підвищеної температури навколишнього середовища, регламентованої ТУ на мікросхеми для випробувань на безвідмовність і довговічність: +85 і + 125 ° С.

При розрахунку режимів прискорених випробувань нетепловиделяющіх мікросхем, до яких відносяться КМОП-мікросхеми, температура кристала практично збігається з температурою корпусу, і отже, можна не враховувати ефекти, пов'язані з перегрівом кристала.

Розрахунок коефіцієнта прискорення k y для мікросхем серії 1526, виготовлених за КМОП-технології, проведений при значенні Е а = 0,65 еВ з урахуванням вимоги РД 11 0755-90, згідно з яким величина k у при проведенні прискорених випробувань (УІ) мікросхем на безвідмовність і довговічність не повинна перевищувати 5. Результати розрахунку представлені в табл. 7.5.

Залежність коефіцієнтів прискорення від температури випробувань для мікросхем серії тисяча п'ятсот двадцять шість наведена на рис. 7.2 (графік 2 відповідає режиму прискорених випробувань для типів мікросхем з підвищеною температурою за ТУ, рівний + 85 ° С; графік 3 - для мікросхем з температурою по ТУ + 125 ° С). Для прискореної оцінки гамма-процентного ресурсу (див. ГОСТ 27.002-89), середнього напрацювання до відмови і тривалою, до декількох сотень тисяч годин, напрацювання при нормальній температурі навколишнього середовища Т з = Т ісп = + 25 ° С) можна використовувати режим, показаний на графіку 1.

Таблиця 7.5

Результати розрахунку коефіцієнта прискорення k y для різних умов випробувань

Прискорені випробування мікросхем

Коефіцієнт прискорення

Випробування але ТУ

Температура в стенді, ° С

Електричний режим ІС

Тривалість, год, УІ, еквівалентна (згідно ТУ)

Температура в стенді, ° С

Електричний режим ІС

безвідмовності, ч

довговічності - 3000 год

500

1000

115

За ТУ

100

200

600

5,0

85

За ТУ

135

Поту

312

625

1 875

1,6

125

За ТУ

Дані для графоаналитического способу визначення коефіцієнта прискорення kу при випробуваннях на безвідмовність і довговічність

Рис. 7.2. Дані для графоаналитического способу визначення коефіцієнта прискорення k у при випробуваннях на безвідмовність і довговічність:

1 - при нормальній температурі навколишнього середовища + 25 ° С; 2 - при підвищеній температурі за ТУ + 85 ° С; 3 - при підвищеній температурі за ТУ + 125 ° С

Впровадження в технологію виготовлення прискорених випробувань виробів на безвідмовність значно скорочує тривалість випробувань. Це дає велику економію матеріальних витрат на проведення випробувань і знижує собівартість виробів.

Засоби проведення випробувань

До засобів проведення випробувань відносяться використовувані обладнання, прилади, оснащення. Розглянемо їх на наступному прикладі.

Випробувальний стенд І6М2.628.000 призначений для випробування мікросхем на надійність під електричним навантаженням в діапазоні значень температур від відповідного нормальним лабораторним умовам до + 125 ° С.

Умови експлуатації стенду:

  • • температура навколишнього середовища - 20 ± 10 ° С;
  • • атмосферний тиск - 750 ± 30 мм рт. ст .;
  • • відносна вологість повітря - до 95%.

Технічні характеристики стенду. Можливе проведення випробувань цифрових, лінійних (аналогових) і функціонально складних мікросхем, виконаних в різних корпусах. Стенд має наступні характеристики:

  • • діапазон температур - від нормальної (кімнатної, Т = 25 ° С) до + 125 ° С;
  • • харчування стенду - від мережі змінного струму з напругою 380 В ± 10% з нулем і частотою 50 Гц;
  • • споживана потужність - не більше 3 кВт;
  • • маса - 250 кг;
  • • габаритні розміри - 670 × 760 × 1700 мм.

Завантаження випробовуваних мікросхем - касетна. Кріплення мікросхем в касеті здійснюється пайкою на змінних друкованих платах.

Ємність касети І6М4.212.038:

  • • 80 мікросхем в корпусах з числом висновків 16;
  • • 50 мікросхем в корпусах з числом висновків 24.

Для живлення випробовуваних мікросхем в стенді застосовуються стабілізовані блоки джерел живлення І6М3.508.012 і І6М3.508.037 з вихідною напругою в діапазоні 3-30 В, що забезпечують загальний струм навантаження до 18 А.

Для управління мікросхемами по входах в стенді застосовується генератор І6М3.548.061, що має один канал напруги синусоїдальної форми частотою до 20 кГц і два канали напруги прямокутної форми частотою до 0,5 МГц.

Пристрій стенду - стенд містить наступні основні частини, шт .:

  • • пристрій УНТМ / Д-1 - 1;
  • • касета - 1;
  • • еквівалент - 10;
  • • блок живлення - 7;
  • • генератор - 1.

Принцип роботи стенду - створення необхідних електричних умов для досліджуваних мікросхем з подачею на їхні висновки напруг живлення і управління, а також температурних умов у термостаті і контроль функціонування мікросхем під час випробувань.

Необхідний температурний режим для мікросхем забезпечується термостатом УНТМ / Д-1, що є конструктивною базою стенду, в каркасі-стійці якого розміщені функціональні блоки.

Верхню частину каркаса-стійки займає термостат з касетою, в якій розміщуються розпаяні на друкованих платах випробовувані мікросхеми.

Касета має наступну структуру. На внутрішній стороні касети, поміщається в термостат, розташовані контактні роз'єми для підключення друкованих плат з розпаяними на них мікросхемами. Типи плат вибираються залежно від типу корпусу мікросхеми. Висновки від плат з роз'ємами підпоюють проводом до розташованих поруч штирів. Штирі з'єднані з контактами роз'ємів типу 6Р-150В, розташованих на лицьовій стороні касети. Висновки від плат електрично з'єднані з виводами 1-140 відповідного роз'єму і ізольовані один від одного.

Так, для корпусу з кількістю висновків 14 перших мікросхема займає контакти 1 - 14, друга - 15-28, третя - 29-42 і т.д. Для корпусу з кількістю висновків 16 перших мікросхема займає контакти 1-16, друга - 17-32 і т.д.

Зі збільшенням кількості висновків корпусу число одночасно випробовуваних мікросхем в стенді відповідно скорочується.

Контакти 141-150 кожного роз'єму 6Р-150В з'єднані з роз'ємом ΡП10-30, через який в касету вводяться лінії проводів від блоків живлення і каналів генератора стенду. Роз'єми 6Р-150В призначені для підключення еквівалентів-пристроїв, в яких проводиться необхідна комутація висновків мікросхем: підключення до них блоків живлення, напруги зсуву, сигналів управління від генератора, еквівалентних навантажень тощо Еквіваленти мають контрольні гнізда для перевірки функціонування мікросхем (рис. 7.3).

Для кожного типу мікросхем потрібен відповідний комплект еквівалентів.

Схематичне зображення еквівалента з контрольними гніздами для перевірки функціонування ІС

Рис. 7.3. Схематичне зображення еквівалента з контрольними гніздами для перевірки функціонування ІС:

1-28 - номери гнізд колодки для вимірювання параметрів мікросхем до, під час і після випробувань

Харчування випробовуваних мікросхем здійснюється від стабілізованих джерел напруги або аналогічних їм за параметрами приладів. Всі блоки виконані за схемою стабілізатора компенсаційного типу, мають чьотирьох висновок, містять пристрої захисту від перенапруги підключається навантаження і розрізняються діапазоном вихідної напруги і навантажувальною здатністю.

Напруга управління для мікросхем створює генератор по трьох каналах: перший канал - напруга синусоїдальної форми частотою до 20 кГц; другий і третій канали - напруги прямокутної форми частотою до 0,5 МГц, зрушені по фазі на 90 °.

Конструктивно блоки живлення і генератор мають один типорозмір.

Стенд має вісім однакових настановних гнізд БП1 - БП8 для блоків живлення і генератора (рис. 7.4), тому кожен блок може бути встановлений в будь гніздо, однак генератори, що не мають внутрішнього джерела живлення, повинні розміщуватися в гніздах БП7 або БП8, що мають додаткові лінії для зовнішнього живлення генераторів.

Схема розміщення блоків та маркування гнізд

Рис. 7.4. Схема розміщення блоків та маркування гнізд

Потенційні і струмові лінії від восьми гнізд для блоків заведені на клемні плати з маркуванням "-І", "-ОС" (зворотний зв'язок), "+ І", "+ ОС" від кожного гнізда БП1-БП8. Клеми плати електрично з'єднані з роз'ємом РП10-30, через який живляться мікросхеми в касеті.

Підключення необхідних блоків живлення, генераторів, забезпечення потрібної полярності напруг і інші завдання виконуються в результаті комутації за допомогою провідників на клемних платах.

При роботі стенду блоки живлення і генератор примусово охолоджуються системою обдування, встановленої в "підвалі" каркасу-стійки.

Контроль функціонування випробовуваних мікросхем здійснюється за допомогою осцилографа, що підключається до гнізд, наявними на еквівалентах.

Підготовка стенду до роботи складається з трьох основних етапів:

  • • здійснення комутації на спеціальних платах;
  • • установка заданих режимів для проведення випробувань мікросхем;
  • • розпаювання мікросхем на комутаційні плати.

При виконанні комутації на платах необхідно керуватися такими даними:

  • • стенд має сім гнізд для розміщення блоків живлення і генератора, яким привласнені найменування (див. Рис. 7.4);
  • • вихідні лінії від гнізд БП1 -БП8 заведені на комутаційні плати з маркуванням "-І" ("мінус" блоку), "-ОС" ("мінус" зворотний зв'язок), "+ І" ("плюс" блоку), "+ ОС "(" плюс "зворотний зв'язок) для кожного блоку; зворотні зв'язки ліній не замкнуті із струмовими лініями (замикаються при введенні в касету); гнізда БП1 і БП8 мають додаткові висновки на плату з метою використання їх для установки як блоків живлення, так і генераторів, що не мають внутрішнього джерела напруги; через додаткові клеми плати 5 ("плюс") і б ("мінус") для БП7, 14 ("плюс") і 15 ("мінус") для БП8 проводиться комутація одного з блоків стенду для живлення генератора.

Контакти з 141-го по 150-й роз'ємів 6Р-150В касети використовуються для підведення напруги живлення і управління до випробовуваним мікросхемам (комутація здійснюється через еквіваленти) і з'єднані з комутаційної платою, лінії живлення промарковані і розбиті по групах.

При комутації до відповідних клем випробувальних плат підключаються виходи блоків живлення з урахуванням необхідної полярності, а також генератор з комутаційної платою.

Після виконання необхідних сполук потрібно включити стенд і переконатися в працездатності системи обдування блоків. При несправній системі обдування блоки живлення не слід включати.

Проведення випробувань на безвідмовність, довговічність. Розглянемо порядок проведення випробувань на прикладі мікросхеми 1526ЛН1ММ з наступними даними:

  • • напруга блоку живлення БП1 - 11 В;
  • • струм споживання - 10 мА;
  • • сигнал управління - прямокутні імпульси з частотою 50 Гц і шпаруватістю 2.

За даними ТУ для випробуваної мікросхеми (рис. 7.5), взявши до уваги кількість мікросхем в касеті, наприклад 80 шт., Необхідно підключити для проведення випробувань такі блоки:

  • • генератор - канали імпульсної напруги в якості сигналів управління;
  • • блоки живлення - у кількості 5 шт. (з розрахунку не більше 4 А споживання по струму на блок).

Схема включення мікросхем 1526ЛН1ММ-ник при випробуваннях на безвідмовність і довговічність

Рис. 7.5. Схема включення мікросхем 1526ЛН1ММ-ник при випробуваннях на безвідмовність і довговічність:

D - мікросхема; U cc - напруга живлення; G 1, G2 - генератори сигналів; N - осцилограф

Після установки блоків слід провести з'єднання на комутаційних платах. Комутацію виходів генератора можна виконувати в результаті з'єднання високочастотними кабелями роз'ємів касети і вихідних роз'ємів блоку генератора.

У разі використання генератора як джерела сигналу синусоїдальної форми його необхідно живити від блоку, встановленого в гніздо БП7, при цьому висновки "-ОС", "-І" БП7 слід з'єднати з клемою "мінус", а "+ ОС", "+ І "цього блоку живлення - з клемою" плюс ".

Далі треба включити генератор, вибрати задану частоту імпульсів перемикачем "Частота", проконтролювати осцилографом наявність вихідних сигналів (рис. 7.6) на відповідність тимчасовій діаграмі, наведеною в технічному документі для генератора.

Тимчасові діаграми вхідних і вихідного сигналів для мікросхем 1526ЛН1 ММ-ННК при випробуваннях

Рис. 7.6. Тимчасові діаграми вхідних і вихідного сигналів для мікросхем 1526ЛН1 ММ-ННК при випробуваннях:

U 11 = U вх від генератора G2 (клема 12); U 12 = U вх від генератора G1 (клеми 1, 3, 6,10,13, 15); U 0 = U вих (клеми 2, 5, 7, 9 , 11, 14) (див. рис. 7.5)

При використанні каналу синусоїдальноїнапруги амплітуду вихідного сигналу слід контролювати вольтметром.

На вихідних сигналах допускається перешкода, обумовлена кінцевою тривалістю імпульсу на рівні 0,5 не більше 1 мкс. Форма і тривалість фронтів вихідного сигналу регламентуються.

Слід вибрати необхідні еквіваленти і переконатися в їх працездатності в результаті прозвонки та перевірки функціонування на контрольних мікросхемах того ж типу. Необхідно встановити касету з розпаяними мікросхемами в термостат, підключити до неї кабель живлення. Включити стенд і по черзі блоки живлення і генератор; перевірити наявність напружень в контактах 141 - 150 роз'ємів касети відповідно до режиму випробувань. Слід встановити почергово еквіваленти на касету, переконатися в наявності вихідних сигналів на мікросхемах за допомогою осцилографа, підключаючи його до контрольних гнізд еквівалентів.

Після перевірки при функціонуванні всіх мікросхем треба зняти еквіваленти та виконати операції підготовки до роботи термостата згідно експлуатаційної документації.

При виникненні аварійного режиму в будь-якому блоці живлення (горить сигнальна лампа "Аварія") необхідно виключити блок тумблером "Мережа", перемикачем "Навантаження - Вкл." відключити навантаження.

Після усунення несправності слід включити блок тумблером "Мережа" і кнопкою "Пуск". При нормальному запуску треба вимкнути блок, включити навантаження, потім включити блок. При повторному аварійному режимі необхідно зняти еквіваленти з касети і усунути причину перевантаження блоку. При несправності самого блоку слід замінити його резервним блоком. Повне відключення стенду можна проводити тільки після вимкнення всіх блоків.

Розглянемо контроль параметрів випробувального стенду. При ремонті і атестації випробувального стенду слід виконувати контроль параметрів термостата, блоків живлення і генераторів, встановлених в ньому. Для перевірки параметрів блоків живлення необхідні наступні прилади:

  • • вольтметр постійного струму для виміру напруги U вих;
  • • амперметр постійного струму для контролю струму навантаження;
  • • мілівольтметр змінного струму для вимірювання напруг пульсацій;
  • • вольтметр змінного струму для вимірювання напруги мережі;
  • • реостат навантаження;
  • • лабораторний автотрансформатор для вимірювання напруги мережі.

Для контролю параметрів генераторів необхідні дво- або чотирипромінної осцилограф, в загальному випадку, а також частотомір, вимірювач нелінійних спотворень, еквівалент навантаження та інші вимірювальні прилади і пристосування, характеристики яких повинні відповідати вимогам до параметрів перевіряються типів генераторів. Амплітуда сигналу (або рівні) контролюються при вказаній допустимому навантаженні, яка підключається до вихідних каналах генератора.

Економічні аспекти контролю та випробувань виробів (ІС). Випробування виробів при приймальному контролі - дуже трудомісткий процес, тривалість циклу випробування займає багато часу. Все це призводить до великих витрат з використання виробничих потужностей, основних фондів, робочої сили і, що дуже важливо, - до збільшення часу виготовлення виробів, що визначається від початку процесу виготовлення до відвантаження готової продукції.

Якщо розглянути розподіл витрат за видами випробувань у відсотках до вартості всіх випробувань, то вийде така картина:

  • • довговічність, безвідмовність - 49;
  • • технологічні бракувальної випробування - 33,8;
  • • термоудар - 4,5;
  • • гермоцікли - 3,6;
  • • вибропрочность - 5;
  • • вологостійкість - 2,7;
  • • теплоустойчивость - 0,7;
  • • холодостійкість - 0,7.

З представлених досвідчених даних випливає, що витрати на проведення випробувань на довговічність і безвідмовність складають приблизно половину вартості всіх випробувань. Тому для удосконалення процесу та скорочення часу випробувань виробів розроблений, випробуваний і впроваджений у виробництво прискорений метод випробувань виробів, зокрема ІС, на безвідмовність і довговічність, застосування якого дозволяє значно знизити витрати на випробування і час випробувань.

Приклад 7.1

Нехай виріб складається з п'яти блоків, дані про надійність і вартості яких наведено в табл. 7.6.

Таблиця 7.6

Показники надійності та вартості випробовуваних блоків

Показник

Номер блоку, i

1

2

3

4

5

λi • 10-6, 1 / год

2

4

0,7

0,3

3

Вартість Сi, ум. ден. од.

10

6

10

10

4

Потрібно спланувати випробування окремих блоків протягом τ = 1000 год так, щоб половина ширини довірчого інтервалу εβ для відповідального довірчої ймовірності β = 0,9, не перевищувала 20% від розрахункового значення.

Розв'язання

Спочатку по довідковій таблиці [1] знаходять значення квантиля t β = 1,645, потім обчислюють

І потім визначається кількість блоків, які підлягають випробуванням, але формулою, наведеною (після рішення задачі оптимізації за критерієм надійності і вартості) в роботі [29, т. 4]. Як показують обчислення, для реалізації оптимального плану випробувань буде потрібно взяти n 1 = 6, n 2 = 11, n 3 = 3, n 4 = 2, п 5 = 11 блоків, при сумарних витратах в 220 ум. ден. од.

  • [1] Див., Наприклад: Збірник задач з теорії надійності / під ред. А. М. Половко і Η. М. Малікова. М .: Радянське радіо, 1972. С. 233.
 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >