astakhov
.docФедеральное 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 λд1-4 = 1*10-9 ч-1 ;
№ 5,6,7,8 λд6-8 = 6*10-9 ч-1 ;
- р-n переходов за счёт миграции ионов:
λи1-4 = 10-8 ч-1 ;
λи5-8 = 5*10-8 ч-1 ;
- за счёт потери контакта из-за электромиграции на кристалле фотодиода:
λЭМ1-4 = 3*10-9 ч-1 ;
λЭМ5-8 = 5*10-9 ч-1 ;
- за счёт потери контакта кристалл - золотой проводник из-за образования интерметаллических соединений:
λКК1-4 = 1,5* 10-8 ч-1 ;
λКК5-8 = 5*10-9 ч-1 ;
- за счёт потери контакта золотой вывод – ПУ:
λКП1-8 =2* 10-8 ч-1 ;
- 8 – элементного фотодиода за счёт потери герметичности:
λФД= 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;
ni- число элементов этого типа.
λп = (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 λn= 4,62*10-7 ч-1:
при γ = 92% и λn= 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 (tу) и температуру ускоренных испытаний (Ту) с продолжительностью испытаний (tн) в нормальных условиях (Тн = 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 Eа = 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