СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА УСКОРЕНИЯ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА НАДЕЖНОСТЬ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ И РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 1997 года по МПК G01R31/28 

Изобретение относится к электронной технике, области контроля качества, в частности методам ускоренных испытаний на надежность (долговечность) электронных модулей (ТТМ) и радиоэлектронных устройств (РЭУ).

Основной величиной, необходимой для проведения ускоренных испытаний, является коэффициент ускорения (К_у), устанавливающий соотношение между длительностью испытаний в нормальном и форсированном режимах так, чтобы результаты этих испытаний были эквивалентны (для измерения К_у проводят предварительные испытания).

Известно, что существуют два способа измерения К_у [1]
Первый заключается в том, что две выборки ТТМ (РЭУ) подвергают испытаниям в нормальном и форсированном режимах. По результатам испытаний оценивают средние наработки до отказа в каждом из режимов и далее определяют К_у как отношение средних наработок.

Второй способ-прототип заключается в том, что две выборки ТТМ (РЭУ) испытывают в двух форсированных режимах, выбранных так, чтобы разница в температурах была достаточной для измерения коэффициента ускорения. По результатам испытаний оценивают средние наработки до отказа каждой из выборок.

Аппроксимируя результаты этих испытаний уравнением Аррениуса, измеряют энергию активации E_а и рассчитывают К_у по формуле

где T₁ и T₂ температуры, соответствующие двум форсированным режимам испытаний, T₁<T₂ (К);
К 8,62•10^-5эВ/град константа Больцмана.

Основным недостатком обоих методов является высокая стоимость этих испытаний, поскольку объем каждой из выборок, необходимый для получения статистически достоверного результата, составляет не менее 10 шт. изделия после испытаний, как исчерпавшие свой ресурс, дальнейшему использованию не подлежат, а стоимость каждого образца по состоянию на 1 кв. 1994 г. составляет примерно 10⁵ 10⁶ руб.

Для большинства производств, занимающихся выпуском ТТМ (РЭУ), такие затраты непосильны. Неприменение же методов ускоренных испытаний для периодического контроля качества надежности выпускаемой продукции при высоких требованиях к надежности (т.е. при большой длительности испытаний) резко повышает вероятность поставки продукции пониженного качества и, соответственно, потерь рынка. Экономические потери изготовителя при этом очень велики, хотя и не поддаются априорной оценке.

Техническим результатом настоящего изобретения является существенное снижение затрат на определение коэффициента ускорения и повышение точности определения К_у.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в известном способе измерения коэффициента ускорения для испытания на надежность восстанавливаемых твердотельных модулей и радиоэлектронных устройств, заключающемся в проведении испытаний изделий в форсированных по температуре режимах и последующем расчете коэффициента ускорения, испытания проводят на одной выборке изделия и в одном форсированном режиме, при этом выборка состоит из 1 ^oC 2 изделий, а для расчета коэффициента ускорения используют конструктивно-технологический разброс рабочих температур активных элементов.

Осуществляют способ следующим образом.

Перед постановкой выборки, состоящей из одного экземпляра изделия ТТМ (РЭУ) на испытания производят измерение рабочих температур его активных элементов любым из известных методов, имеющих точность измерения порядка единиц градусов.

В наших экспериментах использовался метод микропирометрии [2] После этого выборку ТТМ (РЭУ) помещают в термокамеру, соединяют с источниками питания и контрольно-измерительными устройствами и подвергают испытанию в режиме функционирования.

Температуру в термокамере устанавливают повышенной, исходя из целесообразности сокращения длительности испытаний. В процессе испытания фиксируют моменты отказов элементов. Отказавшие элементы заменяют так, чтобы была восстановлена работоспособность изделия в целом. Продолжают испытания изделия до получения необходимого количества отказов в каждой группе однотипных элементов.

Результаты испытаний обрабатывают следующим образом.

Для каждой группы однотипных элементов методом наименьших квадратов строят линейную зависимость логарифмов средних наработок до отказа (t_фi) от обратной температуры.

Рассчитывают для каждого элемента данного типа коэффициент ускорения K_уi

где А_э угловой коэффициент указанной прямой [3]
T_рi, T_фi температуры элемента, соответствующие температурам нормальных и форсированных испытаний ТТМ (РЭУ).

Коэффициент ускорения ТТМ (РЭУ) определяют по формуле

где суммирование производят по всем элементам ТТМ (РЭУ).

Настоящий способ измерения коэффициента ускорения для сложного ТТМ (РЭУ) обеспечивает сокращение затрат на проведение предварительных испытаний на порядок, а также длительности этих испытаний.

Дополнительным преимуществом способа по сравнению с прототипом является также то, что в оценки и расчеты всех величин, определяющих К_у, входят температуры, измеряемые непосредственно на тех элементах, в которых развиваются деградационные процессы, что исключает внесение дополнительных ошибок в получаемые результаты и таким образом повышает точность определения К_у.

Экспериментальная проверка способа показала, что коэффициент ускорения для форсированных испытаний на долговечность одного из типов сложных ТТМ был определен по результатам предварительных испытаний всего лишь одного экземпляра изделий.

Источники информации
1. РД 11 0770-90. Электровакуумные приборы и модули СВЧ. Методы ускоренных испытаний на безотказность, долговечность и гамма-процентный ресурс.

2. Котовщикова Г.К. Кальфа А.А. Определение истинного распределения температуры на поверхности микросборок твердотельных модулей с использованием инфракрасного излучения. Электронная техника. сер. 1, СВЧ техника, вып. 4 (448), 1992.

3. Хэвиленд Р. Инженерная надежность и расчет на долговечность. Энергия, 1966.

Использование: относится к методам ускоренных испытаний на надежность электронных твердотельных модулей и радиоэлектронных устройств. Сущность изобретения: испытания проводят на одной выборке и в одном форсированном режиме. При этом выборка состоит из 1 ^oC 2 изделий. Для расчета коэффициента ускорения используют конструктивно-технологический разброс температур активных элементов.

Способ измерения коэффициента ускорения для испытаний на надежность твердотельных модулей и радиоэлектронных устройств, восстанавливаемых в условиях производства, заключающийся в проведении испытаний изделий в форсированных по температуре режимах и последующем расчете коэффициента ускорения, отличающийся тем, что испытания проводят на одной выборке и в одном форсированном режиме, при этом выборка состоит из 1 2 изделий, а для расчета коэффициента ускорения используют конструктивно-технологический разброс температур активных элементов.