Распродажа

Электронные компоненты со склада по низким ценам, подробнее >>>

Содержание ChipNews

2003: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
2002: 
1, 5, 6, 7, 8, 9
2001: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
2000: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
1999: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

Новости электроники

В 14 раз выросло количество россиян на MediaTek Labs ? проекте по созданию устройств "интернета вещей" и "носимых гаджетов"

Сравнив статистику посещения сайта за два месяца (ноябрь и декабрь 2014 года), в MediaTek выяснили, что число посетителей ресурса из России увеличилось в 10 раз, а из Украины ? в 12. Таким образом, доля русскоговорящих разработчиков с аккаунтами на labs.mediatek.com превысила одну десятую от общего количества зарегистрированных на MediaTek Labs пользователей.

Новое поколение Джобсов или как MediaTek создал свой маленький "Кикстартер"

Амбициозная цель компании MediaTek - сформировать сообщество разработчиков гаджетов из специалистов по всему миру и помочь им реализовать свои идеи в готовые прототипы. Уже сейчас для этого есть все возможности, от мини-сообществ, в которых можно посмотреть чужие проекты до прямых контактов с настоящими производителями электроники. Начать проектировать гаджеты может любой талантливый разработчик - порог входа очень низкий.

Семинар и тренинг "ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений!" (14-15.10.2013, Новосибирск)

Компания Компэл, приглашает вас принять участие в семинаре и тренинге ?ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений!?, который пройдет 14 и 15 октября в Новосибирске.

Мне нравится

Комментарии

дима пишет в теме Параметры биполярных транзисторов серии КТ827:

люди куплю транзистар кт 827А 0688759652

тамара плохова пишет в теме Журнал Радио 9 номер 1971 год. :

как молоды мы были и как быстро пробежали годы кулотино самое счастливое мое время

Ивашка пишет в теме Параметры отечественных излучающих диодов ИК диапазона:

Светодиод - это диод который излучает свет. А если диод имеет ИК излучение, то это ИК диод, а не "ИК светодиод" и "Светодиод инфракрасный", как указано на сайте.

Владимир пишет в теме 2Т963А-2 (RUS) со склада в Москве. Транзистор биполярный отечественный:

Подскажите 2т963а-2 гарантийный срок

Владимир II пишет... пишет в теме Параметры биполярных транзисторов серии КТ372:

Спасибо!

В. Лакшминарайянан

Методы повышения надежности электронных систем. Часть 1

    Достижение высокой надежности электронных систем требует использования специальных компонентов и методов проектирования, соответствующих конечным условиям эксплуатации оборудования. Эта статья посвящена всестороннему обсуждению потенциальных проблем, возникающих в этом случае, и методов их решения.

    Несмотря на то, что контролю качества изделий электроники в настоящее время уделяется большое внимание, отказы отдельных компонентов или целых систем продолжаются.

    К сожалению, истинную причину отказа выяснить удается далеко не всегда. Выход из строя компонента подразумевает, что он не функционирует должным образом или его параметры больше не соответствуют изначальным техническим требованиям. Это может произойти по целому ряду причин, в том числе из-за перегрузок по току или напряжению, чрезмерного нагревания, воздействия агрессивных химических веществ или повышенной влажности, а также некоторых других условий, встречающихся в процессе производства и использования оборудования.

    Постоянно увеличивающаяся сложность компонентов электронного оборудования и потребность в портативных маломощных устройствах, способных работать в жестких условиях эксплуатации, вот основные причины, заставляющие разработчиков создавать новые высоконадежные устройства. Ключом к достижению повышенной надежности даже в чрезвычайно жестких условиях эксплуатации является использование такого оборудования и программного обеспечения, в основе которых лежит специальная, защищенная от ошибок философия проектирования. Всесторонний обзор различных типов отказов и профилактических методов проектирования, позволяющих их избежать, поможет разработчикам значительно повысить надежность оборудования.

Идентификация сущности и механизма отказа

    Известно, что некоторые отказы приводят к распознаваемым изменениям в компоненте. В этом случае отказ может быть очевиден, проявившись, например, в резком ухудшении параметров или прекращении правильного функционирования устройства. Однако больше неприятностей принести могут скрытые неполадки, так как их трудно обнаружить на этапе наладки, а сами они могут явиться причиной еще более серьезных эксплуатационных отказов оборудования.

    Объяснение причины выхода из строя полупроводниковых устройств связано с пониманием физической сущности отказа. Приведенная на рис. 1 кривая представляет собой общую модель описания отказов электронных или механических компонентов. На начальном этапе эксплуатации отказы являются результатом производственных дефектов, неправильного построения проекта или использования компонентов, а также использования дефектных компонентов, которые не были выявлены на этапе входного контроля. Длительность активного периода эксплуатации электронных компонентов сопоставима с таковым у механиче-ских деталей, и большинство проектов к концу этого периода устаревает и пересматривается. Большинство отказов в этот период происходит по причине воздействия высокой температуры и влажности, перегрузок по току и напряжению, вибрации, тепловых и механических воздействий. Дальнейшие отказы происходят в основном из-за старения компонентов. Примерами здесь могут служить проявление коррозии, электрическая утечка, пробой изоляции, перемещение металлических ионов в направлении тока под воздействием электрического поля, а также разрушение инкапсулированных материалов и проводников. Отказы механических компонентов, например, разъемов, включают износ контактов и увеличение их сопротивления.

Зависимость интенсивности отказов электроники от времени

Рис. 1. Зависимость интенсивности отказов электроники от времени

    Все типы электронных систем используют активные и пассивные электронные компоненты, а также электромеханические детали, такие как реле, разъемы и кабели. Механизмы отказов различных типов компонентов отличаются друг от друга, поэтому во избежание неудач чрезвычайно полезно знать их общие причины.

    В число факторов, которые наиболее часто являются причиной выхода из строя электронного оборудования, входят: EOS (электрические перегрузки), ESD (электростатический разряд), EMI (электромагнитные помехи) и тепловой удар. Каждая из этих причин заслуживает отдельного рассмотрения и обсуждения.

Таблица 1. Обзор механизмов отказов

Устройство Наблюдаемый отказ Возможная причина
Полупроводниковые приборы Разрушение корпуса Электрическая или тепловая перегрузка
Электрические разрушения Электрическая перегрузка во время работы, попадание влаги, флюса или иных загрязнений
Механические повреждения Разница коэффициентов теплового расширения материалов корпуса, выводов и кристалла
Разрушение выводов устройства Электрическая перегрузка или тепловой удар
Деформация выводов устройства Неправильное соединение
Пустоты в устройстве Дефекты соединения кристалла с подложкой, тепловая перегрузка
Разрушение слоев металлизации Электростатические разряд, коррозия, электрическая или тепловая перегрузка
Обрывы перемычек между кристаллом и выводами Электрическая перегрузка
Электромиграция Протекающий ток
Повреждение оксидных слоев Электростатический разряд, поры, обусловленные дефектом травления и загрязнениями
Дефекты кристаллов Дефекты в объемных полупроводниках
Несовмещение слоев, неправильная геометрия Производственные дефекты
Коробление Термоциклирование
Интерметаллические соединения Диффузия металлов
Резисторы Обрыв Электрическая перегрузка
Потеря контакта с выводами Механический или тепловой удар
Изменение значения сопротивления Электрическая перегрузка, воздействие повышенной влажности и температуры
Отслаивание резистивного слоя Плохая адгезия резистивного материала с подложкой
Конденсаторы Разрыв оксидной пленки в электролитических конденсаторах Приложение мощного электрического поля
Утечка электролита в электролитических конденсаторах Высокая температура, потеря герметичности
Попадание влаги внутрь с последующим коротким замыканием Пустоты между выводами и телом конденсатора
Высокий ток утечки Ухудшение свойств диэлектрика
Изменение значения емкости Ухудшение свойств диэлектрика из-за старения или воздействия влажности и температуры
Разрушение тела конденсатора Электрическая перегрузка, тепловой удар, плохое качество материала
Короткое замыкание Электрическая перегрузка
Обрыв Электрическая перегрузка, механические повреждения
Катушки Обрыв Электрическая и тепловая перегрузка из-за короткого замыкания соседних витков вследствие повреждения изоляции во время намотки, поврежденный провод, высокая температура
Трансформаторы Обрыв Электрическая и тепловая перегрузка
Замыкание между обмотками Физический контакт витков обмоток вследствие электрической и тепловой перегрузок, плохая изоляция обмоток и сердечника, низкая прочность диэлектрика
Высокая индуктивность рассеяния и емкость Плохая разработка или техника намотки
Высокие омические потери и потери на вихревые токи Плохая разработка
Реле Разрушение контактов, включая коррозию Электрическая дуга, коррозия загрязняющими веществами из-за плохой герметичности
Оплавление контактов Электрическая перегрузка (высокий ток)
Разрушение катушки Электрическая перегрузка (высокий ток)
Разрушение пластмассового корпуса Перегрев при пайке илиэлектрической перегрузке
Печатные платы Изменение цвета Перегрев во время пайки из-за передачи тепла от нагревающих компонентов
Расслоение материала платы Перегрев во время пайки или из-за теплового излучения нагревающихмя компонентов
Деформация Перегрев во время пайки, неправильно выбранная толщина материала, плохая топология платы, монтаж больших элементов без дополнительного крепления
Вспучивание Высокая температура

Повреждения, вызванные электрическими перегрузками

    Повреждения такого рода наблюдаются при использовании компонента вне области устойчивой работы. В справочной литературе или сопроводительной документации на каждый компонент приводятся предельно допустимые значения таких параметров, как напряжение, протекающие токи и максимальная рассеиваемая мощность. Если при работе происходит превышение этих значений, вероятность отказа устройства резко возрастает.

    Повреждения, вызванные электрическими перегрузками, возникают в результате воздействия прямых или косвенных эффектов. К прямым эффектам относятся воздействие повышенного напряжения или тока в процессе работы устройства. В этом случае, даже при работе устройства в штатном режиме, в пределах области устойчивой работы, в результате переходных процессов на нем могут возникнуть резкие выбросы напряжения или тока. Под косвенными эффектами подразумевается ситуация, когда отказ одного устройства ведет к выходу из строя другого.

    Повреждения, вызываемые электрическими перегрузками:

Повреждения, вызванные электростатическими разрядами и электромагнитными помехами

    В последнее время разработчики микросхем и электронных систем большое внимание уделяют борьбе с электростатическими разрядами и электромагнитными помехами. Стремительное развитие портативных электронных устройств, включающих импульсные источники питания и высокочастотные передатчики и приемники, обострило проблему борьбы с этими факторами. Миниатюризация современных электронных компонентов дополнительно увеличила риск отказов оборудования.

    Электростатические разряды происходят из-за накопления заряда на выводах микросхем за счет трибоэлектрического эффекта при трении. При соприкосновении заряженного объекта с проводящей поверхностью происходит электрический разряд, приводящий к кратковременному потоку большого количества электронов в проводнике. Если при этом происходят необратимые изменения во внутренней структуре микросхемы, она выходит из строя.

    Простые и безобидные на первый взгляд действия человека, например, касание руками синтетической обивки стула или одежды, перемещение его по полу с ковровым покрытием, могут привести к появлению высокого электрического потенциала на теле. В условиях повышенной влажности из-за увеличения проводимости на поверхности объектов возникают дополнительные пути утечки заряда, и электростатический эффект несколько уменьшается. Таким образом, наличие сухого воздуха повышает риск повреждения компонентов электростатическими разрядами, а повышенная влажность, наоборот, его снижает.

    Для проявления электростатического разряда необходимо наличие его источника и рецептора. В общем случае, источник заряда может быть искусственным или естественным, а в роли рецептора может выступать любой компонент системы. Следует учитывать, что на компоненты может косвенно воздействовать электрическое поле, возникающее вокруг заряженного объекта.

    Повреждения, вызываемые электростатическими разрядами:

    Чувствительность устройств к электростатическим разрядам зави- сит от используемой технологии. Для MOSFET-устройств разрушающий потенциал лежит в диапазоне от 10 до 100 В, для биполярных устройств это значение составляет от 300 до 7000 В, и для КМОП-устройств от 150 до 3000 В. Разумеется, выбор используемой технологии необходимо осуществлять, ориентируясь на условия эксплуатации конечного оборудования.

    Некоторые меры защиты оборудования от электростатических разрядов разработчики закладывают уже на этапе проектирования электронных схем. Сюда входят: введение специальных защитных устройств в наиболее критические точки схемы; оптимизация проекта печатной платы с целью уменьшения длин проводников и предотвращения возникновения паразитных петель, правильный выбор используемой компонентами технологии и экранировка схемы от внешних электрических полей. Для моделирования воздействия разрядов на электронные компоненты и определения реальных порогов устойчивости возможно использование различных моделей электростатических разрядов, в зависимости от назначения конечного оборудования. В число таких моделей входят: модель человеческого тела, наэлектризованного устройства, механическая модель и модель наведенного поля.

Повреждения, вызванные быстро меняющимися электромагнитными полями

    Быстро изменяющиеся электрические и магнитные поля наводят в проводниках электромагнитные помехи. Электробытовые приборы, использующие электродвигатели, электрозажигалки, промышленное и медицинское электронное оборудование, флуоресцентные лампы вот наиболее часто встречающиеся источники электромагнитных помех. К естественным источникам такого рода помех можно от-нести грозовые разряды, причиняющие массу неприятностей связистам во всем мире. Электромагнитные помехи могут просто мешать работе устройства или быть источником больших неприятностей в любом случае, их уровень необходимо контролировать.

    Электромагнитные помехи в системе становятся проблемой, когда имеются их источник, среда, передающая или ответвляющая помехи, и чувствительная к ним система. В идеальном случае необходимо устранить все три составляющие. Электромагнитный сигнал от источника помех передается на чувствительное устройство благодаря явлениям проводимости и излучения. В первом случае, помехи проникают в устройство через прямой проводящий тракт, во втором случае через окружающую среду. Наиболее рентабельным способом снизить электромагнитные помехи является правильный подход к проектированию оборудования. Его основные составляющие: выбор правильных схемотехнических решений и соответствующих им компонентов, правильная разводка печатных плат, специальные приемы заземления и экранировки. Эти меры позволят достичь большего соответствия жестким стандартам по электромагнитной совместимости.

    Рекомендации по устранению проблем, связанных с наличием электромагнитных помех:

Сокращение площади петли проводников достигается правильным размещением и соединением компонентов

Рис. 2. Сокращение площади петли проводников достигается правильным размещением и соединением компонентов

Повышение надежности за счет выбора щадящих режимов работы устройств

    Дополнительного увеличения надежности оборудования можно достичь посредством выбора щадящих режимов работы отдельных устройств, поскольку подавляющее большинство отказов происходит вследствие электрических и тепловых перегрузок. Разумеется, выбор нового режима работы должен производиться для групп взаимосвязанных компонентов, причем правильный выбор позволит повысить срок службы критических компонентов, по каким-либо причинам избежавших отбраковочных испытаний. В общем случае, невозможно оценить все внешние факторы, воздействующие на систему в реальных условиях эксплуатации, поэтому выбор щадящего режима может стать своеобразным буфером против всех неучтенных факторов.

    Твердых правил выбора коэффициента снижения параметров не существует. В основе его принципа лежит степень надежности конечного оборудования и связанные с этим затраты. Следует также помнить, что наложение неоправданно жестких требований значительно увеличивает стоимость проекта, поэтому не стоит это делать в системах, не имеющих повышенных требований к надежности.

    Выбор наиболее рентабельного коэффициента снижения параметров можно производить, исходя из личного опыта, а также опираясь на основные стандарты, особенно военные (табл. 2).

Таблица 2. Правила выбора щадящего режима

Компонент Тип Параметр Коэффициент Комментарии
Конденсаторы Пластмассовые диэлектрические Напряжение 0,75  
Керамические   0,75  
Танталовые электролитические (с сухим электролитом)   0,6 Если эффективный импеданс цепи составляет более 3 Ом/В
  0,4 Если эффективный импеданс составляет менее 3 Ом/В
Танталовые электролитические (с жидким электролитом)   0,75  
Слюдяные   0,75  
Алюминиевые электролитические   0,8  
Все типы Рабочая температура 20°С ниже максимальной  
Диоды Все типы, включая детектирующие и опорные, стабилитроны, ограничители, диоды Шоттки и светодиоды Температура перехода 0,75 Выбор рабочей точки должен отразиться на снижении температуры перехода
Обратное напряжение смещения 0,9  
Транзисторы Биполярные, полевые и МОП Рассеиваемая мощность 0,75 Выбор рабочей точки должен отразиться на снижении температуры перехода
Рабочее напряжение 0,8  
Рабочий ток 0,8  
Температура перехода 0,8  
Микросхемы Цифровые Напряжение питания В допустимых пределах  
Температура перехода 100°С для пластмассовых корпусов  
110°С - для герметичных  
Быстродействие 0,75  
Входное напряжение В допустимых пределах  
Выходной ток 0,8  
Аналоговые Напряжение питания В допустимых пределах  
Температура перехода 100°С для пластмассовых корпусов  
110°С - для герметичных  
Входное напряжение 0,75  
Выходной ток 0,8  
Рассеиваемая мощность 0,75  

    В дополнение к общим методам, разработчик должен обратить особое внимание на наличие коммутирующих устройств, топологию печатной платы, типы корпусов используемых компонентов и наличие металлических экранов. Катушки, трансформаторы, быстродействующие коммутаторы, электромагнитные реле являются наиболее мощными источниками помех в электронных схемах. Сигналы прямоугольной формы на выходе импульсных источников питания имеют достаточно широкий спектр, и его высокочастотные составляющие могут стать источником паразитных шумов в системе. В число общих проблем источников питания входят излучение мощных электромагнитных полей трансформаторами и катушками индуктивности, дифференциальные шумы выпрямительных диодов, высокая частота переключения активных и коммутирующих элементов, а также обратная связь между входом и выходом.

    Итак, для уменьшения влияния электромагнитных помех необходимо тщательно экранировать наиболее критические компоненты и фильтры. Необходимо максимально удалять от них трансформаторы. Для дополнительного подавления помех можно использовать электростатический экран между первичной и вторичной обмотками трансформатора, который представляет собой слой тонкой медной фольги, проложенный между обмотками при изготовлении таким образом, что образует собой короткозамкнутый виток. Центральная точка экрана заземляется, поэтому наводимые в нем противоположно направленные токи взаимно уничтожаются вследствие эффекта взаимоиндукции. Наличие такого экрана Фарадея предотвращает проникновение высокочастотных помех из первичной обмотки во вторичную. Для подавления излучаемого трансформатором электромагнитного поля рекомендуется строить вокруг него заземленный экран, препятствующий распространению магнитного потока.

    Во второй части статьи будут рассмотрены: выбор конструктивного исполнения компонентов и создание топлогии, экранировка всей системы, методы предотвращения тепловых повреждений, основные аспекты теплового анализа проекта и методы оценки надежности и проведения отбраковочных испытаний ЭК.

Литература

  1. MIL-HDBK-202: Test Methods for Electronic and Electrical Component Parts.
  2. Amerasekara, et al, Failure Mechanisms in Semiconductor Devices, John Wi-ley & Sons, New York, 1987.
  3. Doyle, et al, How parts fail, IEEE Spectrum, October 1981.
  4. Pollino E. Microelectronic Reliability, Volume II, Artech House, Norwood, MA,1981.
  5. Boxleitner, Warren, Electrostatic Discharge and Electronic Equipment, IEEE Press, New York 1989.
  6. Lakshminarayanan V. Revisiting environmental stress screening, Evaluation Engineering, December 1999, pp. 7278.
  7. Lakshminarayanan V. What causes semiconductor devices to fail? Test & Measurement World, November 1999, pp. 4955.
  8. Lakshminarayanan V. Basic steps to successful EMC design, RF Design, September 1999, pp. 3547.
  9. Lakshminarayanan V. Minimize ESD-induced failures, Advanced Packaging, August 1999, pp. 3639.
  10. Bipolar Power Transistor Data-book, Motorola Inc, 1995.
  11. MIL-HDBK-217F: Reliability Prediction for Electronic Equipment.
  12. MIL-STD-883E: Test Method Standard for Microcircuits.

EDN, август 2000 г.
Перевод Ю. Потапова







Ваш комментарий к статье
Методы повышения надежности электронных систем. Часть 1 :
Ваше имя:
Отзыв: Разрешено использование тэгов:
<b>жирный текст</b>
<i>курсив</i>
<a href="http://site.ru"> ссылка</a>