Надежность — это свойство объекта выполнять заданные функции в заданных условиях в пределах, оговоренных в ТУ.
К основным показателям надежности относятся вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, среднее время безотказной работы.
Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в заданном интервале времени не произойдет ни одного отказа. Расчет вероятности безотказной работы ячейки производится по формуле
P(t)=eАt
где P(t) - вероятность безотказной работы;
e— основание натурального логарифма;
A- суммарная интенсивность отказов;
t - требуемое время безотказной работы.
Интенсивность отказов показывает, какая часть элементов по отношению к общему количеству исправно работающих элементов в среднем выходит из строя в единицу времени. Интенсивность отказов ячейки определяется по формуле (3.7):
= 22.59*10-6 (3.7)
где A0- интенсивность отказов ячейки;
Д,-э - интенсивность отказов в реальных условиях эксплуатации;
|
|
Nj — количество элементов с интенсивностью отказов Ул.
Наработка на отказ То - среднее значение наработки восстанавливаемого объекта между отказами. Среднее время безотказной работы определяется по формуле (3.8):
(3.8)
где То - среднее время безотказной работы; A0-интенсивность отказов ячейки.
Электрический режим использования ЭРЭ характеризуется коэффициентом нагрузки, который определяется по формуле (3.9):
(3.9
где Кн - коэффициент нагрузки;
Npa6 - нагрузка на элемент в рабочем режиме;
Nном номинальная или допустимая по ТУ нагрузка.
Расчет надежности представлен в таблице 3.2
Таблица 3.2
Расчет надежности
Наименование и тип элемента | Интенсивность отказов iн*10-6ч-1 | Кн | Кт | = KнKт* *10-6ч-1 | Ni | Ni*10-6ч-1 |
Микросхема К 1533 ИП3 | 0,1 | 0,55 | 0,1 | 0,0055 | 4 | 0,01 |
Микросхема К 1533 ИП4 | 0,1 | 0,55 | 0,1 | 0,0055 | 1 | 0,01 |
Конденсатор КМ-5 | 0,01 | 0,2 | - | 0,002 | 3 | 0,06 |
Переходные отверстия | 0,001 | - | - | - | 54 | 0,054 |
Пайки выводов микросхем | 0,0001 | - | - | - | 5*16=80 | 0,080 |
Пайки выводов конденсаторов | 0,0001 | - | - | - | 2*3=6 | 0,0006 |
где H - интенсивность отказов в нормальных условиях;
Кн - коэффициент нагрузки;
-коэффициент учета температурного режима;
Kн - интенсивность отказов в реальных условиях эксплуатации;
Ni - количество элементов с интенсивностью отказов .
Подставляем значения и рассчитываем интенсивность отказов ячейки по формуле (3.7):
(3.7)
|
|
Подставляем значения и рассчитываем среднее время безотказной работы по формуле (3.8):
T0= 6,4*106ч (3.8)
Рассчитываем вероятность безотказной работы ячейки при разных значениях времени безотказной работы по формуле (3.6):
а) вероятность безотказной работы ячейки при t1=1000ч:
Р1 (1000) = 1 - 0,0001565 = 0,9998435
б) вероятность безотказной работы ячейки при t2=5000ч:
P2 (5000) = 1 - 0,0007325 - 0,9992175
в) вероятность безотказной работы ячейки при t3=10000ч;
Р3 (10000) = 1 - 0,001565 = 0,998435
г) вероятность безотказной работы ячейки при 14=20000ч:
P4 (20000) = 1 - 0,003195 = 0,996805
д) вероятность безотказной работы ячейки при t5=50000ч:
P5(50000) = 1 - 0,007825 = 0,992175
Рисунок 3.2 График P(t)
при t1=1000ч, t2=5000ч, t3=l 0000ч, t,=200004,t5=50000ч
Из-за высоких требований, предъявляемых к работе ЭВМ, большое внимание в процессе разработки, изготовления и эксплуатации машин уделяется повышению надежности. Одним из наиболее совершенных способов повышения надежности является резервирование. Рассмотрим два случая резервирования:
1) нагруженный резерв с общим резервированием всего устройства без восстановления отказавшего устройства;
2) нагруженный резерв с поэлементным резервированием без применения переключающих устройств.
Для случая нагруженного резерва вероятность безотказной работы устройства определяется по формуле (3.10):
Pur(t)=1- [ 1-eAut ] m (3.10)
где Pur(t) - вероятность безотказной работы устройства с постоянным резервом;
Au - интенсивность отказов устройства (AU=0,1565*1011);
t - требуемое время безотказной работы;
m - количество параллельно работающих устройств (m=5);
е - основание натурального логарифма.
Рассчитываем вероятность безотказной работы устройства при разных значениях времени безотказной работы по формуле (3.10):
а) вероятность безотказной работы устройства при t1=10000ч:
Pur1 (10000) = 1-[l-(l-0,1565-10-2)] 4 =1-[1-1 + O,1565-10-2] 4 =
= 1 - 6 -10 = 0,999999999994
б) вероятность безотказной работы устройства при t2=50000ч:
Pur2 (50000) = 1 - [0,7825 *10-2 ]4 = 1 - 0.0000000037=0,9999999963
в) вероятность безотказной работы устройства при t3=100000ч:
Pur3 (100000) = 1 - [0,7825 *10-2 ]4 = 1 – 6*10-8 = 0,9999999963
г) вероятность безотказной работы устройства при t4=150000ч:
Pur4 (150000) = 1 - [0,23475*10 ] 4 = 1 - 0,0000003 - 0.9999997
д) вероятность безотказной работы устройства при t5=200000ч:
Pur5 (200000) = 1 -[0,313*10] 4 = 1 - 0,00000096 = 0,99999904
Рисунок 3.3 - График P(t)
при t,=l 0000ч, t2=50000ч, t3=l00000ч, t4=150000, t5=200000
3.4 Расчет параметров печатного монтажа платы
Разрабатываемая печатная плата характеризуется следующими общими параметрами, которыми будем руководствоваться при расчете:
1) шаг основной координатной сетки равен 2,5 мм;
2) класс платы Б - повышенная плотность монтажа;
3) толщина платы 0,8±0,15 мм;
4) толщина материала 0,8 мм, толщина фольги 50 мкм;
5) сопротивление при длине проводника 1 м: 0,83 Ом;
6) толщина проводника 80 мкм;
7) ширина проводника t=0,3 мм;
8) расстояние между проводниками S=0,4 мм;
9) расстояние между контактными площадками или проводниками и контактной площадкой So=O,3 мм;
10)диаметр вывода навесного элемента не более 0,5 мм.
Величина диаметра отверстий после металлизации определяется по формуле (3.12):
d0 =dв+(0,14+0,30) (3.12)
где do - диаметр отверстий после металлизации;
dв -диаметр вывода навесного элемента.
Рассчитываем диаметр отверстий после металлизации по формуле (3.12):
do = 0,5 + 0.30 = 0,8 мм
Диаметр отверстия под металлизацию определяется по формуле (3.13):
d = d0 +(0,1 + 0,15) (3.13)
Рассчитываем диаметр отверстия под металлизацию по формуле (3.13):
d = 0,8 + 0,1 = 0,9 мм
Диаметр зенковки для отверстий диаметром менее 1мм определяется по формуле (3.14):
dзенк =d + 0,2 (3.14)
|
|
Рассчитываем диаметр зенковки для отверстий диаметром менее 1мм по формуле(3.14):
dзенк =0,9 + 0,2 = 1.1 мм
Диаметр контактной площадки отверстий определяется по формуле (3.15):
dK=d + c + 2b (3.15)
где dK - диаметр контактной площадки отверстий;
d - диаметр отверстия;
с-суммарный коэффициент, учитывающий изменение диаметров отверстий, контактных площадок, межцентрового расстояния и смещения слоев в процессе изготовления (с=0,5 мм);
b-ширина контактной площадки в узком месте: b=0,15 мм.
Рассчитываем диаметр контактной площадки отверстий по формуле (3.15)
dK =0,8+ 0.5+ 2-0,15 = 1,6 мм
Расстояние между центрами двух монтажных отверстий определяется по формуле (3.16):
(3.16)
где l - расстояние между центрами двух монтажных отверстий;-
kn - технологический коэффициент, обеспечивающий возможность качественного изготовления плат (kn=0,l);
n - количество проводников.
Рассчитываем расстояние между центрами двух монтажных отверстий по формуле (3.16):
Максимальное количество проводников, проходящих между соседними отверстиями, определяется по формуле (3.17):
n = ((l-2l2)/ tв) + 1 (3.17)
где п - максимальное количество проводников между соседними отверстиями;
l -расстояние между центрами двух монтажных отверстий;
l 2 -номинальное расстояние между осями контактной площадки и проводника и рассчитывается по формуле (3.18):
l 2 = Dk max + 2Smin tmax
2 (3.18)
где DKmax - максимальный диаметр контактной площадки;
Smin - минимально допустимое расстояние между проводниками;
tmax -максимально допустимая ширина проводника,
tB - шаг вспомогательной координатной сетки (tB= 1,25 мм).Сначала находим номинальное расстояние между осями контактной площадки и проводника по формуле (3.18):
|
|
l 2=(1.6+2*0.4+0.6)/2 = 1.5
Рассчитываем максимальное количество проводников между соседними отверстиями по формуле (3.17)
п =(5.4-2*1.5)/1.25 = 2.92
Результат расчета округляем до ближайшего большего значения, кратного удвоенному шагу вспомогательной координатной сетки и получаем: п = 5
Расчет печатного монтажа показал, что максимальное количество проводников, проходящих между соседними отверстиями равно 5, что соответствует повышенной плотности монтажа, т.е. класс платы Б.