Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Московский Государственный Университет Приборостроения и Информатики

Кафедра «Инновационные технологии в приборостроении, микроэлектронике и оптоэлектронике»

Астахов В.П.

Лабораторные работы по дисциплине

«Основы надёжности электронно-оптических приборов»

Выполнил:

Студент 5 курса

Группы ВТ-8 (ПР-6)

Высоканов А.А.

Москва, 2014 г.

Лабораторная работа №1

Задание 1.

Дать определения наработки, безотказности, наработки до отказа, наработки на отказ, γ – процентной сохраняемости и γ – процентной наработки.

Ответ:

Наработка – это время, которое работает изделие или объем выполненной им работы.

Безотказность — это свойство прибора непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или при выполнении определенного объема работы без вынужденных перерывов в заданных условиях эксплуатации.

Наработка до отказа - значение наработки изделия до первого отказа.

Наработка на отказ — средняя продолжительность работы устройства между ремонтами, которая показывает, какая наработка в среднем приходится на один отказ. Выражается обычно в часах.

Гамма-процентный срок сохраняемости — это свойство прибора сохранять значения показателей безотказности и долговечности в течение и после хранения или транспортирования с заданной вероятностью γ, выраженной в процентах.

Гамма-процентная наработка до отказа , определяется как наработка, в течение которой отказ прибора не возникает с вероятностью , выраженной в процентах.

Задание 2.

Исходя из определения вывести формулу для расчёта гамма-процентной наработки прибора или устройства при экспоненциальном распределении вероятности отказов.

Ответ:

Величина гамма-процентной наработки определяется из выражения:

(1)

При выражение (1) приобретает вид:

(2)

Логарифмируя (2) при известном значении и заданной величине получают:

(3)

Из (3) определяют гамма-процентную наработку на отказ:

.

Лабораторная работа №2

Задание.

Для электронно-оптического устройства, состоящего из четырёх параллельных 8-элементных квадрантных кремниевых фотодиодов с предварительными усилителями (ПУ) каждого элемента

Рассчитать:

- интенсивность отказов;

- вероятности безотказной работы за интервалы времени 1000, 2000 и 5000 часов;

- вероятности отказов для тех же интервалов времени;

- γ – процентную наработку на отказ при γ = 98% и γ = 92% ;

- γ – процентную сохраняемость при тех же значениях γ.

Схема устройства

1,2,3,4 – малые площадки фотодиода;

5,6,7,8 – большие площадки фотодиода;

ПУ – 1,…, ПУ – 8 – предварительные усилители каждого из 8 каналов.

Контактные площадки фотодиода связаны с контактными площадками ПУ золотыми проводниками  50 мкм, разваренными на контактные площадки фотодиода и ПУ методом термокомпрессии.

Исходные данные для расчётов

Интенсивности отказов:

- р-n переходов за счёт прорастания дислокаций:

№№ 1,2,3,4 λ^д_1-4 = 1*10^-9 ч^-1 ;

№ 5,6,7,8 λ^д_6-8 = 6*10^-9 ч^-1 ;

- р-n переходов за счёт миграции ионов:

λ^и_1-4 = 10^-8 ч^-1 ;

λ^и_5-8 = 5*10^-8 ч^-1 ;

- за счёт потери контакта из-за электромиграции на кристалле фотодиода:

λ^ЭМ_1-4 = 3*10^-9 ч^-1 ;

λ^ЭМ_5-8 = 5*10^-9 ч^-1 ;

- за счёт потери контакта кристалл - золотой проводник из-за образования интерметаллических соединений:

λ^КК_1-4 = 1,5* 10^-8 ч^-1 ;

λ^КК_5-8 = 5*10^-9 ч^-1 ;

- за счёт потери контакта золотой вывод – ПУ:

λ^КП_1-8 =2* 10^-8 ч^-1 ;

- 8 – элементного фотодиода за счёт потери герметичности:

λ_ФД= 5*10^-10 ч^-1 ;

Интенсивности отказов при сохраняемости составляют 40% от соответствующих интенсивностей отказов при наработке.

За отказ устройства считать потерю параметра хотя бы 1 канала (каналом считается последовательно соединенные элементы фотодиода с соответствующим ПУ).

Решение:

Прибор состоит из нескольких типов элементов (К), каждый из которых имеет свое значение интенсивности отказов, значит интенсивность отказов, характеризующее отказ такого прибора () вычисляется по формуле:

,

где – интенсивность отказов элементов определенного типа;

n_i- число элементов этого типа.

λ_п = (1*10^-9 + 6*10^-9 + 10^-8 +5*10^-8 +3*10^-9 +5*10^-9 +1,5* 10^-8 +5*10^-9 +2* 10^-8 +5* 10^-10)*4 = 4*115,5*10^-7=4,62*10^-7 ч^-1.

Вероятность безотказной работы за интервалы времени 1000, 2000 и 5000 часов находится по формуле:

(4)

P(1000) = e^{-4.62*10-7*1000}=e^-0.00046=0.9995;

P(2000)= e^{-4.62*10-7*2000}=e^-0.00092=0.9991;

P(5000)= e^{-4.62*10-7*5000}=e^-0.00231=0.9977.

Вероятность отказа для интервалов времени 1000, 2000 и 5000 часов находится по формуле:

; (5)

Q(1000)=1-0.9995=0.0005;

Q(2000)=1-0.9991=0.0009;

Q(5000)=1-0.9977=0.0023.

Гамма– процентную наработку на отказ при γ = 98% и γ = 92% находят по формуле:

; (6)

при γ = 98% и λ_n= 4,62*10^-7 ч^-1:

при γ = 92% и λ_n= 4,62*10^-7 ч^-1:

Гамма– процентную сохраняемость при тех же значениях γ находят по формуле:

где равна 40% от

при γ = 98% и λ₁=4* 4,62*10^-7 ч^-1:

при γ = 92% иλ₁= 4*4,62*10^-7 ч^-1:

Лабораторная работа №3

Задание 1.

На основе формулы Аррениуса для ускоренных испытаний при повышенной температуре вывести формулу, связывающую продолжительность (t_у) и температуру ускоренных испытаний (Т_у) с продолжительностью испытаний (t_н) в нормальных условиях (Т_н = 293 К).

Решение:

Формула Аррениуса имеет вид:

Тогда для неускоренных испытаний она примет вид:

А для ускоренных испытаний:

Получаем два равенства:

Приравняв правые части получим выражение, связывающее продолжительно и температуру ускоренных испытаний с продолжительностью испытаний в нормальных условиях:

Задание 2.

Преобразовать выведенную формулу для расчёта коэффициента ускорения при ускоренных испытаниях.

Решение:

Для расчета коэффициента ускорения при ускоренных испытаниях преобразуем ранее полученное выражение (7):

В итоге получается формула для расчета коэффициента ускорения при ускоренных испытаниях:

(9)

Лабораторная работа №4

Расчёт режимов ускоренных испытаний.

Задание.

Рассчитать режимы ускоренных испытаний для коэффициентов ускорения 4, 20 и 500 при энергии активации процессов деградации E_а = 1,15 эВ.

Решение:

Выразим Ту из формулы коэффициента ускорения для этого требуется прологарифмировать формулу(9):

Найдем соотношение времени нормальных и ускоренных испытаний

При = 4

При = 20

При = 500