CC BY
79
Автоматизация инженерной методики прогнозирования долговечности интегральных микросхем иностранного производства
Королев П.С., НИУ Высшая школа экономики, МИЭМ р вкого1 еу_ 1@edu.hse.ru Полесский С.Н., НИУ Высшая школа экономики, МИЭМ spo1essky@hse.ru
Аннотация
В работе затронуты острые проблемы проведения ускоренных испытаний, закупаемых заграницей (США, Япония, Китай и др.) интегральных микросхем (ИМС) и отсутствия в отчетах по надежности электронных компонентов по итогам проведенных испытаний фирм-производителей (Reliability Report) данных о параметрах долговечности. Предлагается применять разработанную методику прогнозирования долговечности ИМС путем использования Reliability Report и расчетов необходимых параметров. Также приведена блок-схема программы автоматизации расчета показателей долговечности ИМС иностранного производства разных фирм-
производителей.
1 Введение
В эпоху стремительного развития электронной компонентной базы (ЭКБ) растет спрос на их применение в различных областях (авиация, медицина, космос). Лидирующие позиции в изготовлении электрора-диоизделий (ЭРИ) занимают зарубежные страны (Япония, США, Китай и др.). Российская ЭКБ сильно устарела. Достаточно привести в пример справочник [2], который не обновлялся с 2006 года. Поэтому разрабатывая в России различного рода устройства, у которых, в частности, присутствуют интегральные микросхемы, возникает острая необходимость их закупки у зарубежных стран. И тут встает вопрос о надежности ЭРИ. Без прохождения испытаний на надежность, а это значит, их удовлетворение всем показателям продукт не пройдет сертификацию.
Надежность ЭРИ включает в себя следующие параметры: безотказность, сохраняемость и долговечность (свойство объекта сохранять работоспособность до наступле-
ния предельного состояния. Дело в том, что за рубежом показатели долговечности не рассматривают, т.е. они не приведены ни на сайтах производителей [4], ни в официальных справочниках [3]. Но использование приведенных данных и отечественных стандартов [1] позволяет оценить показатели долговечности электрорадиоизделий, в частности интегральных микросхем без проведения сертификационных испытаний.
2 Проблема прогнозирования параметров долговечности
Анализ источников [6] дает нам понять, что параметры долговечности ЭРИ исследуются на протяжении долгого времени. Пользуются двумя способами, которые за относительно короткий промежуток времени позволяют осуществить прогноз таких параметров, как гамма-процентный ресурс, минимальная наработка, срок хранения и др. Первый является практическим, он подразумевает проведение ускоренных испытаний ИМС в условиях высоких нагрузок. Обуславливается такой способ тем, что ускоряется процесс старения, а деградация параметров тождественна обычному режиму работы. Второй - теоретический (математический прогноз). Такой способ основывается на физических, математических и химических законах.
Первый способ требует больших затрат на проведение испытаний и, следовательно, получение документа о проведенных сертификационных испытаниях. Второй способ нуждается в методиках, которые бы позволяли корректно проводить расчет показателей долговечности.
Как говорилось ранее, российские компании, закупают целыми партиями ИМС за рубежом. Далее проводят свой входной контроль в виде ускоренных испытаний. И это нормально, если бы не одно но, испытания на эти изделия были проведены и их
Автоматизация инженерной методики прогнозирования долговечности интегральных микросхем.
результаты опубликованы в Reliability Report (см. рисунок 1), если мы имеем дело с качественным производителем, который дорожит своим именем. Следовательно, этот процесс совсем не оправдан исходя из того, что у нас имеются приведенные данные производителем [4] и российский стандарт [1], из которых мы можем получить необходимые выражения для расчета показателей долговечности.
Рис. 1. Отчет по надежности по итогам проведенных испытаний фирмы-производителя ХШих
Исходя из такой нынешней ситуации, предлагается методика, позволяющая произвести количественную оценку показателей долговечности ИМС по алгоритму, представленному в следующем разделе. Также эту методику можно адаптировать для других классов ЭРИ.
2.1 Алгоритм предложенной методики
Ниже приведено краткое описание предложенной методики в виде алгоритма. Он состоит из:
• формирование исходных данных;
• расчет эксплуатационной интенсивности отказов Хэ;
• расчет гамма-процентной вероятности у;
• расчет гамма-процентного ресурса
Тр-у;
• расчет минимальной наработки Тнм;
• расчет коэффициента вариации V;
• расчет срока хранения Тср.хр;
• перерасчет гамма-процентного ресурса, минимальной наработки и срока хранения для другой (необходимой) гамма-процентной вероятности;
• расчет гамма-процентного ресурса для необходимого режима работы Тр.у(раб);
2.2
расчет среднего ресурса Тр.ср(раб) и минимальной наработки Тнм(раб) для режима работы.
Блок-схема программы для автоматизации предложенной методики
Исходя из алгоритма предложенной методики, можно выделить общую блок-схему реализации программы (см. рисунок 2).
Рис. 2. Общая блок-схема реализации программы
Начало работы программы подразумевает выбор фирмы-производителя, так как у каждой фирмы собственные нюансы, которые связаны с дополнительным расчетом определенных величин и переводом их в систему СИ. То есть ввод необходимых параметров пользователем для разных фирм-производителей может отличаться.
Стоит отметить один нюанс, связанный с отсутствием в блок-схеме расчета среднего ресурса и минимальной наработки для определенного (необходимого) режима работы.
3 Заключение
Автоматизация инженерной методики для оценки показателей долговечности современных интегральных микросхем иностранного производства с помощью использования Reliability Report фирм-производителей позволит не только, зная показатели безотказности и сохраняемости определить показатели долговечности с учетом известной модели эксплуатации. Она позволяет добиться повышения достоверности рассчитываемых показателей дол-
говечности (средний ресурс, гамма-процентный ресурс, минимальная наработка) без проведения ускоренных испытаний повторно уже в России (осуществления входного контроля) с целью прохождения сертификации, сокращение времени расчета.
Благодарности
Работа подготовлена в рамках научного проекта (№ 15-05-0029), выполненного при поддержке Программы «Научный фонд НИУ ВШЭ» в 2015/16 г.
Список литературы
ГОСТ В 20.39.403-81. Комплексная система общих технических требований. Изделия электронной техники, квантовой электроники и электротехнические военного назначения. Требования по надёжности. [М.: МО РФ, 1981]. - (Руководящий документ).
Справочник 2006. Надёжность электрора-диоизделий. М.: МО РФ, 2006. - 641 с.
Справочник 2006. Надежность электрора-диоизделий иностранного производства. М.: МО РФ, 2006. - 52 с.
Reliability Report Xilinx 2015. [Электронный ресурс]. URL:
http://japan.xilinx.com/support/documentati on. (дата обращения: 01.03.2016).
Military Handbook. MIL-HDBK-217F, 1991. Reliability prediction of electronic equipment. p. 205.
Андрей Строганов. 2007. Оценка долговечности БИС по результатам ускоренных испытаний. Технологии в электронной промышленности №3.
