6. Расчёт безотказности по справочнику «RIAC-HDBK-217Plus»
Для расчета эксплуатационной интенсивности отказов по справочнику «RIAC-HDBK-217Plus» использовалась программа АСОНИКА-К-ИС. Данная программа предназначена для расчета надежности именно интегральных микросхем. АСОНИКА-К-ИС основана на математической модели расчёта интенсивности ИМС отказов, представленной в справочнике [4].
Для расчета интенсивности отказов необходимо:
Рис. 1.29. База данных ИМС программы АСОНИКА-К-ИС.
1. Добавить ИМС в базу данных программы. В базу данных вводятся основные параметры такие как: из таблицы в приложении №1 к диплому. Подробнее все параметры и общий вид базы данных программы АСОНИКА-К-ИС показаны на рис.1.29., на примере микросхемы AtmelAT32UC3A05123. 
2. После того как внесли в базу данных 5 интегральных микросхемиз технического задания, необходимо провести расчёт эксплуатационной интенсивности отказов по каждой из микросхем, для этого необходимо:
Создать проект для расчета.
Выбрать ИМС из базы данных, которая заполняется в пункте №1.
Провести расчет.
В итоге получаем рассчитанную интенсивность отказов для ИМС и график вкладов интенсивностей отказов связанных с влиянием:
Статического электричества;
Отказами корпуса;
Прочими причинами деградации;
Точечных дефектов;
Эффектом горячих носителей;
Эффектом электромиграции;
Пробоя диэлектрика.
На рис. 1.30. более подробно показан расчет эксплуатационной интенсивности отказов на примере ИМС Microchip TC4467.
Рис. 1.30. Расчет эксплуатационной интенсивности отказов на примере ИМС Microchip TC4467.
3. Аналогично проводим расчёт эксплуатационной интенсивности отказов для каждой из пяти интегральных микросхем и результаты расчетов заносим в таблицу 4.6.
Таблица 1.6.
Название ИМС
|
Эксплуатационная ИО λЭ
|
Texas Instruments OPA-2333 (DA1)
|
1,4674099794653E-6
|
Mirosemi A3P0602 (DS2)
|
1,45472180979708E-6
|
Atmel AT32UC3A05123
|
1,73157164696642E-6
|
Microchip TC4467
|
1,31894290078194E-6
|
Xilinx XC3S2005
|
1,29640843649631E-6
|
4. По результатам расчётов для наглядности построим диаграмму, на которой изображены интенсивности отказов λЭпо результатам расчёта в программе АСОНИКА-К-ИС (Рис. 1.31.)
Рис. 1.31. Значения интенсивности отказов ИМС, рассчитанная в АСОНИКА-К-ИС.
7. Дифференциальный подход оценки надежности по стандартизированным методикам.
ИМС представляет из себя очень сложное устройство, следовательно показатель эксплуатационной интенсивности отказов  , будет зависеть от очень многих факторов и процессов протекающих в микросхеме.
На элементы интегральных схем постоянно воздействуют внешние и внутренние эксплуатационные факторы. К первым относятся температура, влажность, давление и химический состав окружающей среды, радиация, электромагнитные поля, механические нагрузки, возникающие при эксплуатации (вибрации, удары) и другие факторы, влияющие на элементы независимо от того, работают они или выключены. Ко вторым факторам относятся напряжения и токи установившихся переходных режимов работающих под нагрузкой элементов и возникающие в связи с этим выделение в элементе тепла, образование электрических и магнитных полей, механические нагрузки.
В основном, во всех существующих методиках для расчета эксплуатационной интенсивности отказов, в математических моделях, учитываются факторы, характеризующие интенсивность отказов кристалла, интенсивность отказа корпуса и устойчивость микросхемы к воздействию электростатического разряда. Подробнее данные факторы показаны в Таблице 1.7.
Таблица 1.7.
Факторы, влияющие на отказы кристалла
|
Факторы, влияющие на отказы корпуса
|
Электростатический разряд
|
Электромиграция
Пробой подзатворного диэлектрика
Эффект горячих носителей
Точечные дефекты
Прочие воздействия
|
Тип корпуса
Герметичность
Количество выводов
Топологический размер
Температура
|
Стойкость интегральной микросхемы к электростатическому разряду.
|
Рассмотрим на примере математической модели расчета интенсивности отказов справочника [2], как влияют на общую эксплуатационную интенсивность отказов, интенсивности отказов связанные с влиянием:
Статического электричества;
Отказами корпуса;
Прочими причинами деградации;
Точечных дефектов;
Эффектом горячих носителей;
Эффектом электромиграции;
Пробоя диэлектрика.
Все расчёты проводились при помощи программы АСОНИКА-К-ИС, которая работает на основе математической модели из справочника [2].
На примере микросхемы Texas Instruments OPA-2333 проведем расчет в АСОНИКЕ-К-ИС каждой из интенсивностей отказов и заполним таблицу 1.8.
Таблица 1.8.
Факторы влияющие на общую эксплуатационную интенсивность отказов
.
|
Рассчитанная интенсивность отказов для Texas Instruments OPA-2333 в АСОНИКА К-ИС
|
Разряд статического электричества
|
2,92409033375945E-8
|
Отказы корпуса
|
3,185E-10
|
Прочие причины деградации
|
1,85465448434719E-11
|
Точечные дефекты
|
1,25236736350922E-12
|
Эффект горячих носителей
|
1,43703334451896E-7
|
Эффект электромиграции
|
7,54199592762705E-10
|
Пробой диэлектрика
|
7,54199592762705E-10
|
По результатам таблицы построим диаграмму, чтобы можно было наглядно определить, какой из факторов больше всего влияет на общую эксплуатационную интенсивность отказов . Диаграмма изображена на Рис. 1.32.
Рис. 1.32. Диаграмма факторов влияющих на общую эксплуатационную интенсивность отказов.
На примере ИМС Texas Instruments OPA-2333 наглядно видно, что наибольшее влияние в данном случае оказывают: разряд статического электричества и эффект горячих носителей.
Таким образом, мы выяснили, что для расчета эксплуатационной интенсивности отказов используется дифференциальный подход. Это обусловлено тем, что на надежность микросхем влияет большое количество факторов и условий, поэтому математические модели в справочниках являются очень сложными и каждая из них учитывает определенные факторы и характеристики ИМС.
|
