Оценка показателей безотказности печатного узла

Уточнение исходных данных, используемых для прогнозирования эксплуатационной безотказности элементов

Уточненный расчет показателей безотказности функционального модуля, выполненного с использованием печатного монтажа. Печатная плата двухслойная с металлизированными сквозными отверстиями. Общее количество отверстий на печатной плате 816, из них металлизацию имеют 262 отверстий. Электрическое соединение модуля с РЭУ, в составе которого он будет функционировать, осуществляется посредством соединителя типа СНП68. Уровень качества элементов (компонентов), используемых в модуле, соответствует приеме "1" - приемке ОТК. Модуль предназначен для эксплуатации в составе подвижной аппаратуры категории исполнения УХЛ 1.1 по ГОСТ 15150-69. Заданное время работы, указанное заказчиком, составляет . Интересующие показатели безотказности - , и при = 95%.

Уточненные данные в таблице 4.1и 4.2 взяты из источника [1] и [3]:

Таблица 4.1 - Уточненные характеристики элементов РЭУ

Элемент				Количество
ИМС	0,028	1	5,5	1
Конденсатор керамический	0,022	1	5	3
Резисторы постоянные металлодиэлектрические	0,044	1	3	5
Соединитель (розетка)	0,0041	1	2,5	1
МО на печатной плате		1	5	262
Соединения пайкой волной		1	5	554

В таблице 4.2 сведены уточненные типоразмеры элементов РЭУ:

Таблица 4.2 - Уточненные типоразмеры элементов РЭУ

Элемент, компонент	Позиционное обозначение	Тип	Функциональное назначение	Количество	Примечание	Предельная рабочая температура
ИМС	DA1	К140УД12	прецизионный предварительный усилитель	1	42 элемента
Конденсаторы	C1, С2, С3	К10-50б	керамический	3
Резистор	R1	С2-33Н	постоянные непроволочные	1
Резистор	R2	С2-33Н	постоянный непроволочный	1
Резисторы	R3, R4, R5	С2-33Н	постоянный непроволочный	3
Соединитель	XS1	СНП68	электрический низкочастотный прямоугольный для печатного и объемного монтажа	1	72 контакта, за время
МО, пропаянные волной	-	-	-	262	Количество отверстий	-
Соединения пайкой волной	-	-	-	554	Дополнительно к МО пропаянных волной	-

4.2 Определение коэффициента электрической нагрузки для активного элемента (конденсатор)

Для расчета коэффициента электрической нагрузки учитываются наиболее влияющие на надежность элемента факторы. Для конденсатора таковым фактором является напряжение. Для остальных же элементов выбираем рекомендуемые коэффициенты электрической нагрузки из диапазона [0,2…0,6].

Расчет для конденсатора:

так как максимальное выходное напряжение на усилителе равняется 10 В, то из этого следует что оно будет максимально падающим на конденсатор. Из технических условий на конденсатор, находим предельно допустимое рабочее напряжение: 25 В [4]. Из этого следует что:

В таблице 4.3 сведены значения коэффициента нагрузки всех элементов:

Таблица 4.3 - Значения коэффициента нагрузки элементов РЭУ

Элемент	С1	С2	С3	R1	R2	R3, R4, R5	DA1	XS1
	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,35	0.5

4.3 Расчет параметров безотказности элементов РЭУ

Определим максимальную температуру элементов в составе РЭУ. Для учета влияния температуры на эксплуатационную интенсивность отказов элементов принято во внимание верхнее значение предельной рабочей температуры (), соответствующее РЭУ исполнения УХЛ 1.1 по ГОСТ 15150-69, и возможное увеличение предельной рабочей температуры на значение за счет нагрева (солнечными лучами) РЭУ и, следовательно, модуля в составе РЭУ (см.п.5.4 ГОСТ 15150-69).

Предельная рабочая температура теплонагруженных элементов (ИМС, мощные резисторы) определена как:

где - перегрев в нагретой зоне печатного узла.

Предельная рабочая температура нетеплонагруженных элементов (конденсаторов, слабонагруженных резисторов, соединитель) подсчитана как:

где - средний перегрев воздуха внутри конструкций РЭУ.

Рассчитаем поправочные коэффициенты моделей эксплуатационной интенсивности отказов и полученные результаты занесем в таблицу 4.4:

Для интегральных микросхем вычисляется по формуле:

(4.1)

Для резистора вычисляется по формуле:

(4.2)

Для конденсаторов вычисляется по формуле:

(4.3)

Для соединителя вычисляется по формуле:

(4.4)

Коэффициенты берутся из учебного пособия "Расчет показателей надежности радиоэлектронных средств".

Таблица 4.4 - Расчёт эксплуатационной безотказности элементов модуля

Позиционное обозначение	Количество			Вид математической модели расчета	Значение поправочного коэффициента

DA1	34	0,35	0,028		1,23	1	0,63		1	3							1	5,5	12,78	12,1721
R1	34	0,4	0,044				0,59					0,7	0,7	1			1	3	0,867	1,2974
	34	0,4	0,044				0,59					2	0,7	1			1	3	2,478	3,707
	102	0,4	0,044				0,59					0,7	0,7	1			1	3	0,867	3,8924
	102	0,4	0,022				0,18				1,2						1	5	1,081	2,4235
	1	0,5	0,0041				2,13								15,2	0,4	1	2,5	32,35	0,1326
ПЧс МО	-262	-		См. табл. 3.2.1				4,11									1	5	32,354	0,1488
СПВ	6 554	-						4,11									1	5	32,3354	1,6588

радиоэлектронный печатный электрический конденсатор

Таблица 4.5 - Расчет поправочных коэффициентов к элементам РЭУ

Наименование и позиционное обозначение элемента	Модель прогнозирования	Математическое выражение поправочного коэффициента	Значения величин	Значения найденных величин
Интегральная микросхема DA1		см. таблицу A.1	0,028	-
		см. таблицу A.2		0,634 0,35
		см. таблицу A.3	1	-
		см. таблицу A.4	3	-
			4
		см. таблицу A.10	1	-
		см. таблицу A.11	5,5	-
Конденсаторы C1, C2, C3		см. таблицу A.1	0,173	-
		см. таблицу A.5	14,3 3 1	0,181 0,4

		см. таблицу A.10	1	-
		см. таблицу A.11	5	-
Резисторы R1,R2,R3		см. таблицу A.1	0,044	-
			0,507	0,5857 = 0,4
		см. таблицу A.7	0,886 9,278 1
		см. таблицу A.9	2 0,7	-
		см. таблицу A.8	0,7	-
		см. Приложение А	1	-
		см. таблицу A.10	1	-
		см. таблицу A.11	3	-
Соединитель XS1		см. таблицу A.1		-
				2,131
				15,2
				0,4018
		см. таблицу A.10	1	-
		см. таблицу A.11	2,5	-
Печатная плата с МО		см. таблицу A.1		-
				-
				-
			1	-

		см. таблицу A.10	1	-
		см. таблицу A.11	5	-
Соединения пайкой волной		см. таблицу A.1		-

		см. таблицу A.10	1	-
		см. таблицу A.11	5	-