Современная электроника №3/2021

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 60 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 Расчёт величин MTBF для гибридных интегральных схем с использованием редакций военного справочника MIL-HDBK-217F, Notice 1 и 2 Ричард Миллер Перевод: Жданкин Виктор Изменения в модель для оцен- ки интенсивности отказов изде- лий, выполненных по гибридной технологии, включённые в редак- цию Revision F военного справочни- ка MIL-HDBK-217 Military Handbook. Reliability Prediction of Electronic Equipment, привели к значитель- ному уменьшению рассчитанных значений среднего времени нара- ботки между отказами (Mean Time Between Failures — MTBF) по сравне- нию с редакцией Rev E. Специалиста- ми компании International Rectifier было проведено исследование при- чин, вызвавших это снижения чис- ленных показателей надёжности. Рас- чёты величины MTBF на основе этих моделей дают результаты, которые не согласуются с результатами, основан- ными на моделях, представленных в редакции Revision E военного спра- вочника MIL-HDBK-217. Для поясне- ния этого различия представлены величины MTBF, рассчитанные для DC/DC-преобразователя ART28515T (International Rectifier HiRel) с исполь- зованием редакции справочника MIL- HDBK-217F Notice (извещение) 2 и MIL-HDBK-217E. Кроме того, пред- ставленные вычисления включают применение различных поправок к коэффициентам в модель гибридных интегральных схем. Величины MTBF, полученные в результате каждого из этих расчётов, обобщены для срав- нения в таблице I. Для обзора пред- ставлены поправки, использован- ные в этих расчётах, и исследование, обосновывающее их использование в модели элемента справочника MIL- HDBK-217F. Статья является автор- ским переводом документа [1]. Возможно, статья будет полезна для расчётной оценки надёжности аппара- туры специалистам службы надёжности предприятий, применяющих наряду с отечественными электронными компо- нентами компоненты американского производства, характеристики надёж- ности которых приводятся в справоч- нике MIL-HDBK-217F. Уровень надёжности преобразова- телей напряжения в значительной степени определяет и надёжность аппаратуры в целом. Оценка надёж- ности преобразователей напряже- ния проводится расчётными метода- ми, основанными на математических моделях эксплуатационной интенсив- ности отказов. Определение числен- ного показателя надёжности – средне- го времени наработки до отказа (Mean Time Between Failure – MTBF) – выпол- няется по типовому стандарту рас- чёта надёжности MIL-HDBK-2017F2 Military Handbook Reliability Prediction of Electronic Equipment. Последняя редакция справочника датируется 1995 годом, после этой даты таблич- ные значения справочника больше не обновлялись. Принятые интенсивно- сти отказов некоторых компонентов не соответствуют текущим реальным значениям. Например, справочник указывает очень высокую интенсив- ность отказов интегральных микро- схем. Для оценки надёжности изделий, предназначенных для военных и спе- циальных применений, в справочни- ке используется база данных на компо- ненты военного назначения. Документ допускает два метода расчёта средне- го времени наработки на отказ ком- понентов. Первый метод известен как Parts Count Method и второй метод как Parts Stress Analysis Method. Для рас- чёта MTBF с использованием второго метода обычно используются данные из отчёта Electrical/Thermal Stress and Derating Analysis Report (Отчёт по ана- лизу электрической/температурной нагрузки и ограничений допустимых условий эксплуатации). Этот метод даёт более реалистичную величину, потому что прогнозирование интенсивности отказов каждого элемента основано на реальном использовании этого элемен- та в системе. Метод Parts Count Method просто допускает одинаковую интен- сивность отказов для каждого типа эле- мента независимо от условий его при- менения. Выполнение метода прогнозирова- ния надёжности по коэффициентам загрузки (Part Stress Analysis) предпо- лагает, что радиоэлектронная аппара- тура работает при нормальных усло- виях. Этот метод имеет несколько преимуществ перед методом количе- ственного анализа (Total Parts Count), который предполагает наличие самой минимальной информации, такой как общее количество элементов, уровень их качества и условия среды их эксплу- атации. Основным преимуществом мето- да прогнозирования надёжности по коэффициентам загрузки элементов в конкретной схеме (Part Stress Analysis) является то, что он учитывает значения коэффициентов загрузки элемента для расчёта отдельных интенсивностей отказов. В этом методе вычисленные интенсивности отказов для каждо- го элемента складываются вместе для вычисления общей интенсивности отказа устройства. Отдельные интен- сивности отказов зависят от следую- щих параметров: значения коэффи- циента загрузки элемента, категории качества, температуры, условий окру- жающей среды и значения интенсив- ности отказа элемента из базы дан- ных. Основным недостатком этого метода является то, что элементы схе- мы, которые включены в конструкцию для резервирования, имеют противо- положное воздействие на MTBF. На самом деле, правильно спроектирован- ное резервирование будет иметь поло- жительное влияние на общую надёж- ность системы. Мощность рассеяния и коэффици- ент загрузки элемента при наихудшем случае используются для вычисления повышения температуры кристалла по отношению к температуре корпу- са (перегрев). Использование повы-