В настоящее время интенсивность отказов элементов и БИС лежит в пределах 10-8 - 10-9 1/ч. Для достоверной оценки величины l необходимо
при испытаниях "дождаться" хотя бы 2-3 отказов. Тогда из (1) при n =2ё3 следует, что время испытаний для партии N = 103 штук составит десятки лет. Ставить же партии элементов в количестве 104 - 105шт. на испытания экономически невыгодно.
В таких случаях используется метод ускоренных испытаний, основанный на законе Аррениуса, согласно которому скорость J химических и физико-химических процессов связан с температурой экспоненциальной зависимостью вида
J » е-( Wa / K)T
где Wa - энергия активизации процесса.
Отсюда следует, что средний срок службы изделия при повышенной температуре будет существенно меньше, чем при нормальной:
ty = tн ехр [-(Wа / к) (TH-1 - T-1y) ], (4)
где индексы "н", "у" относятся к нормальной и повышенной температуры.
Проведя ускоренные испытания при повышенной температуре, фиксирует отказы изделия, добиваясь их появления за разумное время.
Полученное значение lу пересчитывают к нормальной температуре с помощью выражений (4) и (3). Используя, например для испытаний элементов ЦВМ температуру +2500С можно ускорить оценку величины l в сотни раз. Однако при значениях l Ј10-9 1/ч и такое ускорение оказывается недостаточным. Таким образом, на современном этапе развития технологии изготовления элементов ЦВМ обычные статистические методы надежности неприемлемы. Поэтому в последние 5-10 лет большое внимание уделяется разработке новых физических методов оценки и прогнозирования надежности.
Под такими методами понимаются индивидуальные исследования структуры готовых элементов цифровых устройств с целью выявления дефектов на возможность отказа, а также исследования отказавших элементов с целью выяснения причин отказа и выяснения соответствующих усовершенствований в технологию их производства.
В отличие от статических методов, которые относятся к категории разрушающих (поскольку в их основе лежит отказ изделия), физические методы являются неразрушающими, а часто и бесконтактными. К их числу относятся тепло ведение (обследование в инфракрасных лучах), рентгеноскопия, электронная микроскопия, а также измерение избыточных шумов, которые характеризует качество контактов.
Все перечисленные новые методы связаны с использованием сложного, дорогостоящего оборудования, по этому их нельзя считать установившимся в практике использования в широком плане. Однако, учитывая неприемлемость статических методов, они, по видимому, займут со временем ведущее место при оценке надежности элементов цифровых устройств, особенно БИС.
Интенсивность отказов снимается с повышением степени интеграции, поскольку производству БИС свойствен более высокий технологический уровень. Одновременно меняется роль различных факторов отказов. Так дефекты металлизации и погрешности диффузии, которые у простых элементов цифровых устройств, ЦВМ, (т.е. элементов малой степени интеграции) занимали значительное место, у БИС выступают на второй план, поскольку резко уменьшается количество внешних соединений.
Говоря о статическом методе оценки надежности, подразумевали, что результаты испытаний конкретной партии элементов ЦВМ и цифровых устройств в виде формулы (1) действительны для других, аналогичных партий. Однако это утверждение справедливо только в том случае, когда другие партии элементов изготовляются точно по той же технологии, что и испытанная партия. Отсюда следует важный вывод: Высокая надежность элементов ЦВМ обеспечивается в первую очередь стабильностью технологического цикла. Любое, даже прогрессивные, изменение технологического цикла может вызвать (хотя бы временное) снижение надежности элементов ЦВМ и цифровых устройств.
Влияние температуры на статистические и динамические
характеристики и параметры элементов.
Изменение температуры окружающей среды влияет определенным на статистические и динамические характеристики и параметры элементов. Рассмотрим это влияние на нескольких примерах. На (рис.2.9.2.а) показана влияние температуры на передаточную характеристику. Uвых= f (Uвх) элемента И-НЕ транзисторно-транзисторной логики для серии 133 и 155. Из рисунка не трудно оценить влияние температуры на основные статистические параметры, определяемые по передаточной характеристике.
Так как с увеличением температуры происходит сдвиг характеристики в лево, то, помехоустойчивость элемента уменьшается. Также видно что повышением температуры возрастает уровень "0" U0вых и тд.
На (рис.2.9.2.б) показано влияние температуры на выходную характеристику элемента И-НЕ Iвых= f(Uвых) транзисторно-транзисторной логики серии 133 и 155 для случаев, когда элемент включен и выключен. Из рисунка следует, что с повышением температуры возрастает соответствующие токи для заданных напряжений. На (рис.2.9.2.в) показан зависимость некоторых динамических параметров (задержки распространения сигнала при включении t1,0зд р и выключении t0,1зд р элемента)от температуры.
Из зависимости следует что с ростом температуры t1,0зд р несколько уменьшается, а время t0,1зд р наоборот, увеличивается. Указанные изменения особенно заметен в диапазоне температур 20-1200С.
рис.2.9 2(а, б, в, г.)
В таблице 1 приведены результаты влияния температуры не некоторые статические параметры элемента ИЛИ-НЕ /ИЛИ эмиттерно-связанной логики серии К500.
На (рис2.9.2.г) показаны зависимости некоторых динамических параметров (t1,0зд р , t0,1зд р) от температуры для элемента ИЛИ-НЕ /ИЛИ ЭСЛ серии К500.
Из анализа изложенного сделать вывод, что изменение температуры окружающей среды ухудшает статические и динамические параметры элементов цифровых устройств, что необходимо учитывать в процессе эксплуатации цифровых устройств.
Табл.1.
| П а р а м е т р ы | Температура, 0С | ||
| -10 | +25 | +75 | |
| Входное напряжение "0" U0вх, В Входное пороговое напряжение "0" U0вх, пор,,В Входное пороговое напряжение "1" U1вх, В Входное напряжение "1" U1вх,В Входное максимальное напряжение "0" U0вых ,пор, В Выходное пороговое напряжение "0" U1вых, пор, В Выходное максимальное напряжение "1" U1вых, пор, В Выходное пороговое напряжение "1" U1вых ,пор, В | -0,84 -1,145 -1,490 -1,87 -0,84 -1,02 -1,67 -1,645 | -0,81 -1,105 -1,475 -1,85 -0,81 -0,98 -1,65 -1,63 | -0,72 -1,045 -1,45 -1,83 -0,72 -0,92 -1,625 -1,605 |
3. Экономическая часть
1.Экономическая обоснованность выбранной темы.
2.Баланс рабочего времени.
3.Тарифные ставки действующих лиц.
4.Методики калькулирования себестоимости.
Ограниченность схемы средств, которую заказчик может ассигновать на создание схемы управления объектом, заставляет его искать наиболее эффективный вариант решения наставленной задачи. А это предполагает необходимость сравнения того, во что обходится и что дает ему внедрение суммы управления.
При внедрение систему управления производственным объектом ожидается, что оно положительно скажется на показателе, характеризующем работу объекта - критерии его эффективности. При внедрении схемы управлении на непроизводственном объекте (в научно-исследовательском институте, в органах здравоохранения, просвещения и.т.п.) также полезно убедится в том, что внедренная схема не ухудшит, а улучшит характеризующие работу объекта.
Вопросы оценке экономической эффективности возникает при сравнении старой и проектируемой схемы управления для схемы управления для действующего объекта, пуле сравнении ряда вариантов решения для проектируемого и аналогичного действующего объектов. В случае же проектирования схемы управления для нового объекта. Не имеющего аналогов; следует считать общую народно хозяйственную эффективность от внедрения нового производства с современной схемой управления им без выделения эффективности собственно схемы управления.
В качестве базы для расчета эффекта принимается показать производственно -хозяйственной деятельности объекта на год внедрения схемы управления . Если сравнивается несколько вариантов системы, обеспечивается их сопоставимость по всему комплектов учитываемы показателей, но используемым ценам, тарифам и.т.п.
Затраты на создание и функционирование схемы управления складывается из едино временных (капитальных ) К и эксплуатационных DС. О методике расчета этих составляющих затрат будет говориться в следующим разделе экономической части.
Оценки функционирования схемы в обобщенном виде выражается с помощью показателя суммы годовой экономии, о котором будет подробно рассматриваться в следующем расчетном разделе. Эта показатель оценивает результаты внедрения схемы. Для сравнения затрат и результатов используется показатели эффекта эффективности.