Современная электроника №3/2021

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 62 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 регрев менее чем +33 ° C относитель- но температуры корпуса (в то время как измеренная температура корпу- са около +100 ° C). Все другие индук- тивные элементы нагреваются вы- ше температуры корпуса на 5–15 ° C. Случаи отказов в процессе эксплу- атации DC/DC-преобразователей серии ART, вызванные электро- магнитными компонентами, не- известны. Модель для гибридных интегральных схем, созданная по методике справочника 217F, была разработана без учёта электромаг- нитных/индуктивных компонентов и предполагает, что они не будут уч- тены, если схема состоит главным образом из пассивных компонен- тов. Следовательно, в справочном листке технических данных серии ART величина MTBF была рассчита- на согласно 217F Notice 1, без учёта вклада электромагнитных элемен- тов. В настоящее время специали- сты IR полагают, что все магнитные компоненты должны быть учтены в расчёте, но не должны быть обре- менены дополнительным функци- ональным коэффициентом π F . Как отмечено в таблице, поправочный коэффициент 1/ π F был применён к интенсивности отказов индуктив- ных компонентов, чтобы получить действительное значения коэффи- циента π F = 1. 4. Комплексный функциональ- ный коэффициент π F , учитыва- ющий дополнительные влияния, вызванные взаимодействием ком- понентов. Данные, используемые для формирования модели гибрид- ной интегральной схемы в издании 217F Notice 1, которые привели к функциональному коэффициен- ту ( π F ), равному 21 для силовых гибридных интегральных схем, были получены главным образом от одного производителя гибрид- ных интегральных схем и состоят по большей части из технологиче- ского процесса, имеющего отно- шение к отказам, затрагивающим герметизацию, присоединение подложки, прикрепление кристал- лов и интерметаллические сое- динения алюминий/золото. Для DC/DC-преобразователей компа- нии IR Hirel, в которых использу- ются квалифицированные матери- алы и технологические процессы (включая изделия промышлен- ной и военной категории качества, представленные десятками тысяч отгруженных модулей), при экс- плуатации неизвестны случаи с та- кими видами отказов. Это относит- ся к преобразователям серии ART и другим многочисленным преобра- зователям напряжения категории качества Class H и Class K. Специа- листы компании IR полагают, что установление комплексного функ- ционального коэффициента рав- ным 21 для силовых гибридных микросхем, классифицирован- ных по Class K, необоснованно ухудшает расчётные характери- стики DC/DC-преобразователей, что не подтверждается реальной практикой эксплуатации. Так как DC/DC-преобразователи являются в основном схемами с линейным регулированием с несколькими силовыми компонентами, величи- на MTBF должна быть рассчитана с использованием комплексного функционального коэффициен- та 5,8 (применяемого к линейным схемам). С целью сравнения рас- чёт с применением значения π F = 21 для всех компонентов и дру- гой, использующий для силовых устройств коэффициент π F = 21 и π F = 5,8, применённый к остальным компонентам схемы, представлены в вариантах 4 и 5 (см. таблицу). Одним из недостатков методов про- гнозирования надёжности, предло- женных в справочнике MIL-HDBK- 217F, Notice 2, является требование использовать в качестве множите- ля при расчёте величины MTBF для гибридных интегральных схем функ- циональный коэффициент для схем (Circuit Function Factor). Например, при помещении линейной интеграль- ной схемы в металлический корпус гибридной интегральной схемы коэффициент π F принимается рав- ным 5,8. Это значит, что интенсив- ность отказов компонента гибрид- ной схемы в 5,8 раза больше, чем её базовая интенсивность отказов в соответствии с MIL-HDBK-217F. На основе опыта, приобретённо- го в течение длительного времени производства квалифицированных (по MIL-PRF-38534 и MIL-STD-883) гибридно-плёночных изделий, ком- пания считает, что использование этого функционального коэффици- ента приводит к неверным результа- там при расчёте величины MTBF для гибридных интегральных схем. Согласно MIL-HDBK-217F, основной причиной повышенной интенсивно- сти отказов для гибридных ИС явля- ется менее надёжное конструктивное уплотнение (герметизация). Специали- сты компании считают, что это являет- ся необоснованным предположением при анализе гибридных ИС, произве- дённых на производственных мощно- стях, квалифицированных по Class H и Class K спецификации MIL-PRF-38534 (Performance Specification. Hybrid Microcircuits, General Specification For). Интенсивность отказов корпуса относится к двум отдельным случаям: нарушению герметизации корпуса и нарушению соединений в схеме (кон- такты). Общая длина периметра герме- тизации схемы в дискретном корпусе будет больше, чем у подобной схемы в гибридном корпусе. Наряду с меньши- ми проблемами герметизации, корпуса гибридных ИС также имеют свойствен- ное им преимущество перед корпусами дискретных компонентов по числу тре- буемых соединений в схеме. Основное положение теории надёжности гласит: когда количество межсоединений воз- растает, надёжность снижается. Число соединений, сделанных в гибридных ИС, примерно в 2 раза меньше числа межсоединений, сделанных в анало- гичных схемах на дискретных ком- понентах. Схемы на дискретных ком- понентах требуют двух отдельных соединений для каждого компонен- та: одно – между полупроводниковым кристаллом и выводом корпуса и ещё одно – между выводом корпуса и пла- той схемы. Корпус гибридной ИС тре- бует только одного соединения меж- ду полупроводниковым кристаллом и подложкой. В связи с этим было принято решение использовать поправочный коэффи- циент при расчёте величины MTBF по справочнику MIL-HDBK-217F для всех квалифицированных гибридных ИС. Вследствие большой доли используе- мых в DC/DC-преобразователях линей- ных схем (при f < 10 МГц) применяется функциональный схемный коэффици- ент для линейных микросхем. Спра- вочник MIL-HDBK-217F требует базо- вую интенсивность отказов линейных компонентов умножить на 5,8, и, следо- вательно, использовать поправочный схемный коэффициент 0,17241 (вели- чина, обратная 5,8), чтобы компенси- ровать эту неправомерную отрицатель- ную оценку. Как правило, это даёт в результате величину MTBF для гибрид-