Надежность транзисторов
Доклад
«Надежность транзисторов. Факторы, влияющие на их надежность. Типовые отказы»
Группа: РЛ6-71
Студент: Наумов Д.С.
Преподаватель: Ветрова Н.А.
Москва – 2013
Надежность транзисторов.
Транзи́стор — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналом управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. В общем случае транзистором называют любое устройство, которое имитирует главное свойство транзистора - изменения сигнала между двумя различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде.
Чем же определяется надежность системы и ЭРЭ? Прежде всего, отбором качественных исходных материалов, из которых изготавливаются компоненты. И к этому отбору должны предъявляться особые требования. Сперва, необходимо дать определение надежности. Под надежностью понимают свойство технического объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Требования к надежности постоянно растут с увеличением степени интеграции, миниатюризации элементов, снижением их веса, увеличением плотности монтажа. Из диапазона современного оборудования особо выделяются направления, где требования к надежности крайне высоки – это космонавтика, авиация, флот, энергетика, транспорт, связь, машиностроение. И сегодня перед разработчиками стоят проблемы – моральное старение, ограничения рабочего пространства, требования к снижению веса, термические нагрузки, надежность компонентов, общая работоспособность готового изделия.
Рекомендации по практическому использованию показателей надежности при оценке и обеспечения надежности состоят в следующем. Показатели надежности имеют характер системы показателей. Чем больше показателей используется при исследовании надежности системы, тем более адекватными становятся результаты исследования. Это не означает, что всякий раз либо при задании требований по надежности, либо при оценке готовых решений по обеспечению надежности системы надо использовать всю номенклатуру возможных показателей надежности.
Перечень используемых показателей должен отвечать требованию целесообразности, т. е. должен соответствовать задаче объективной оценки требуемых надежностных свойств системы.
В составе единичных показателей надежности при решении конкретной задачи следует выделять главные и вспомогательные показатели. При всех случаях главными показателями являются те показатели, которые характеризуют безотказность, живучесть и достоверность.
Количественные значения показателей надежности приходится задавать с учетом двух противоречивых требований:
1) значение показателя должно быть не ниже некоторого уровня;
2) значение показателя не должно превышать обоснованный уровень, так как это не может быть обеспечено возможностями производства технических средств и программного обеспечения, профотбором и подготовкой персонала или окажется слишком дорогостоящим.
Искусство проектировщика состоит в том, чтобы выбирать такие проектные решения при разработке отдельных частей и системы в целом, которые обеспечивают компромисс между этими противоречивыми требованиями. Для этого необходимо выдвижение и сравнительная оценка конкурирующих вариантов проектных решений с позиций требований по надежности путем использования расчетов, моделирования и испытаний.
Надежность транзисторов оценивают по следующим показателям. Транзисторы подвергают воздействию переменной нагрузки по току и напряжению, приближающейся к номинальной. Периодически отключают нагрузку и после остывания измеряют Кн (коэффициент нагрузки) и определяют коэффициент усиления по току. Транзистор можно считать надежным, если указанные величины изменяются в пределах 10 % на протяжении испытательного срока.
Обычные транзисторы при испытаниях в критических температурных условиях (квалификационные тесты при температурах от -50 до +150 градусов Цельсия) выходят из строя задолго до завершения всего комплекса тестирования. Испытания включают в себя 1500 циклов, и все отказы транзисторов произошли за первые 250. Рентгенограмма тестируемого транзистора показывает образование пустот и расслоение подложки на месте крепления кристалла. Серьезная опасность здесь заключается в том, что некоторые транзисторы могут пройти электрические тесты низкого уровня даже при таком расслоении, когда они уже повреждены. Элементы транзистора нагреваются по-разному, и из-за их различных температурных коэффициентов расширения (ТКР) смещаются относительно друг друга, при этом происходят разрывы контактов и расслоение подложки.
В качестве конкретного примера расчета показателя надежности транзистора можно привести расчет интенсивности отказов. Интенсивность отказов для биполярных транзисторов рассчитывают по зависимости: λэ = λбсг∙ Kр ∙Kдн∙Kф∙Ks1∙Kэ∙Kк.
Где λэ - значения эксплуатационной интенсивности отказов
λбсг - значения базовой среднегрупповой интенсивности отказов
Kр - коэффициент режима
Kдн - коэффициент динамической нагрузки
Kф - коэффициент функциональности
Ks1 - коэффициент нагрузки
Kэ - коэффициент жесткости условий эксплуатации
Kк - коэффициент качества изготовления
Значения коэффициентов берутся из соответствующих таблиц и справочных материалов.