Методы прогнозирования показателей надежности радиоэлектронных компонентов

Ишков А.С., Костюченков И.В., Маркелов М.К. МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ

Возрастающие требования к надежности разрабатываемой аппаратуре, средствам измерений зачастую приводят к необходимости продления основных показателей надежности, используемых в изделиях радиоэлектронных компонентов. Под продлением основных показателей надежности подразумевается увеличение, по сравнению с установленными в технических условиях (ТУ), значений соответствующих количественных характеристик, например, минимальной наработки на отказ или срока сохраняемости в определенных условиях эксплуатации или хранения.

Функции по согласованию разрешений по продлению показателей надежности, а также на применение радиоэлектронных компонентов в режимах и условиях, не оговоренных в ТУ, возложены на ряд предприятий по закрепленной за ними номенклатуре изделий. Такие предприятия имеют соответствующее испытательное оборудование и экспериментальные данные по испытаниям радиоэлектронных компонентов на надежность.

Экспериментальные данные по испытаниям радиоэлектронных компонентов на надежность в лучшем случае ограничиваются показателями и сроками, указанными в ТУ. Длительность и большой объем испытаний по их подтверждению приводят к необходимости применения расчетно-экспериментальной или расчетной оценки возможности продления показателей надежности.

Основными нормативно-техническими документами, позволяющие в настоящее время решить задачу продления показателей надежности, являются РД В 319.01.20-98 Надежность электрорадиоизделий и ОСТ 11.070.050 Конденсаторы и резисторы. Методы ускоренной оценки сохраняемости.

Методика РД В 319.01.20-98 предполагает расчетно-экспериментальный метод продления показателей надежности. За основу принимаются коэффициентные математические модели вида:

n

h =лбхКрхПК, (1) i—1

где h - значение величины эксплуатационной интенсивности отказов; Хб - базовая интенсивность отказов радиоэлектронных компонентов при номинальной электрической нагрузке, при температуре окружающей среды 25°С и относительной влажности воздуха до 80 %; Кр - коэффициент режима, учитывающий изменение интенсивности отказов в зависимости от электрической нагрузки и (или) температуры окружающей среды; К. - коэффициенты, учитывающие изменения эксплуатационной интенсивности отказов от различных факторов: коэффициент приемки, коэффициент эксплуатации, коэффициент качества

разработки и изготовления аппаратуры, коэффициент ионизирующих излучений и т.д.; n - количество учитываемых факторов.

Для продления показателей надежности проводятся форсированные испытания радиоэлектронных компонентов при повышенной температуре и (или) других воздействующих факторов. Повышение уровня воздействующих факторов приводит к форсированию деградационных процессов, результатом которых являются отказы радиоэлектронных компонентов. Время проведения испытаний зависит от степени увеличения воздействия внешних влияющих факторов.

Определяется коэффициент ускорения Ку, связанный с изменениями условий и режимов эксплуатации или хранения:

Кр1

Ку=К1'

Кр2

где КР1 - коэффициент режима в условиях эксплуатации (хранения), Кр2 - коэффициент режима в

условиях проведения испытаний.

Вычисляются расчетно-экспериментальные показатели надежности, например:

Т — К  Т (

р—э у уск.исп. ,

где Т - расчетно-экспериментальное время наработки, Т ысп - время проведенных испытаний.

В случае положительных результатов испытаний в условиях повышенных воздействующих факторов по формуле 1 вычисляется эксплуатационная интенсивность отказов радиоэлектронных компонентов и выноситься положительное решение о возможности продления показателей надежности.

В соответствии с ОСТ 11.070.050 допускается возможность продления показателей надежности радиоэлектронных компонентов как расчетно-экспериментальным, так и расчетным методами. Расчетный метод основывается на статистическом прогнозировании показателей надежности по временной зависимости. Для прогнозирования используются данные испытаний на надежность радиоэлектронных компонентов методом длительного хранения, причем время испытаний должно быть не менее 25 % срока сохраняемости, установленного в ТУ. Когда отсутствуют опытные данные, достаточные для применения метода статистического прогнозирования, применяется метод форсированных испытаний.

При использовании расчетного метода на основе анализа экспериментальных данных о распределении параметра-критерия годности радиоэлектронных компонентов при хранении ДКд и информации теоретического характера выбирается преобразующая функция, которая приводит распределение величины ДКд к нормальному виду. С помощью выбранной преобразующей функции производится прогнозирование изменение значений ДКд в течение требуемых временных интервалов.

Авторами проведена работа по продлению срока сохраняемости резисторов типа Р2-67, выпускаемого ФГУП «НИИ электронно-механических приборов» г. Пенза. Согласно ТУ на резистор Р2-67 срок сохраняемости равен 20 годам, а заказчику работы требовалось увеличить срок сохраняемости до 25 лет.

В соответствии с представлениями о старении резисторов зависимость k^(t) может быть представлена моделью Аврами [1]:

АКд —АКдтах

где АКд max , k , k2 - коэффициенты модели.

На основе экспериментальных данных по испытаниям на сохраняемость резистора Р2-67 в течение 14 лет и помощью интерактивных средств статистического моделирования на ПЭВМ были определены коэффициенты модели и проведено прогнозирование изменения величины ДКд (отклонение сопротивления резистора) в течение 25 лет.

Результаты прогнозирования представлены на рисунке 1.

Отклонение сопротивления резистора, 514, %

0,01

0,080

0,060

0,040

0,020

—

^ ’ ♦

♦ ♦ ♦ ♦

і /

- среднее значение 5К в очередной момент контроля

- - аппроксимация зависимости 6В от срока хранения “ - допускаемое отклонение

5 10 15 20

Срок хранения, лет

25

Рисунок 1

Согласно полученной на рисунке 1 зависимости установлено, что в течение 25 лет хранения отклонение сопротивления резистора не превысит нормативного значения 0,1 %. Результаты проведенных

расчетов дают возможность увеличить срок сохраняемости резисторов Р2-67 до 25 лет.

Литература

1. ОСТ 11.070.050 Конденсаторы и резисторы. Методы ускоренной оценки сохраняемости.

2. РД В 319.01.20-98 Надежность электрорадиоизделий.