Методи підвищення надійності електронних апаратів (ЕА)

Методи підвищення надійності електронних апаратів (ЕА)

1. Загальні методи підвищення надійності

конструктивний мікроелектроніка апарат технологічний

Надійність ЕА залежить від багатьох факторів. Розглянемо ці фактори. Висока надійність апаратури на стадії проектування забезпечується:

- вибором схемних і конструктивних рішень;

- заміною аналогової обробки сигналів на цифрову;

- вибором елементів і матеріалів;

- заміною механічних перемикачів і пристроїв, які управляються, електронними;

- вибором режимів роботи різних елементів і пристроїв;

- розробкою заходів щодо зручності технічного обслуговування та експлуатації;

- урахуванням можливостей оператора (споживача) та вимог ергономіки.

При виборі схем електричних принципових перевага надається схемам, які мають мінімальну кількість елементів, схемам з мінімальною кількістю органів регулювань, тривало працюючих у широкому інтервалі дестабілізуючих факторів. Але задовольнити всі ці умови неможливо, і конструктору доводиться шукати компромісне рішення.

Не слід забувати, що головне в апаратурі, яка проектується – використовувати елементи, надійність яких відповідає вимогам до надійності самої апаратури.

Конструктивні рішення також впливають на надійність апаратури. Крупноблочна конструкція технологічно складна і незручна при ремонті. Конструктивні рішення мають забезпечити і необхідні теплові режими елементів ЕА, безвідмовність в умовах підвищеної вологості, в умовах дії механічних навантажень.

На підвищенні надійності помітно позначається вірний вибір режимів роботи елементів, вірний вибір конструкційних матеріалів. Матеріали, які використовуються, повинні мати таку швидкість старіння, яка б забезпечила нормальну експлуатацію протягом всього терміну служби.

Конструктивні рішення мають забезпечувати зручність технічного обслуговування і експлуатації апаратури.

В апаратурі мають бути передбачені контрольні гнізда, легкий доступ до всіх блоків апаратури, зручність контролю її стану і настроювання, заміни блоків, які б забезпечували безпеку обслуговуючого персоналу тощо.

Ергономіка потребує урахування і психофізіологічних можливостей операторів, і створення для них оптимальних можливостей. Органи керування і контролю мають бути розташовані таким чином, щоб не вимагати великого фізичного зусилля.

Отже, у процесі конструювання перед конструктором постає задача підвищення надійності РЕА в цілому без підвищення надійності комплектуючих елементів.

Не менш важливим є забезпечення заданої надійності в процесі виробництва та ремонту, яка досягається такими заходами:

- вибором відповідної технології та чітким її дотриманням;

- впровадженням автоматизації;

- вхідним контролем матеріалів та елементів;

- попереднім тренуванням елементів і апаратури;

- вірною методикою настроювання апаратури;

- поточними і вихідними контролями.

Правильна технологія та суворе її дотримання з одночасною автоматизацією виробництва дозволяє звести до мінімуму вплив суб’єктивних факторів на якість продукції.

Вхідний контроль не допускає у виробництво недоброякісні матеріали та елементи, які мають відхилення від заданих вимог.

Попереднє тренування елементів і всієї апаратури скорочує етап приробітку апаратури, дозволяє оцінити вірність схемних рішень. Елементи під час випробування ставлять у більш складні умови.

Поточний контроль дозволяє виявити некондиційні елементи та вузли і не допускати їх на подальше складання, виявити відхилення від прийнятої технології.

Вихідний контроль є закінченою перевіркою РЕА після складання та настроювання.

Правильна експлуатація також істотно впливає на надійність апаратури. Тут позначаються два фактори:

- вплив зовнішнього середовища та умов експлуатації;

- організація експлуатації та кваліфікація обслуговуючого персоналу.

Поліпшення організації експлуатації передбачає планування профілактичних робіт, забезпечення необхідної діагностичної та контрольно-вимірювальної апаратури, автоматизацію контролю стану РЕА, правильне планування необхідних запасних елементів і вузлів.

Підвищення кваліфікації обслуговуючого персоналу передбачає поглиблене вивчення конкретної апаратури, особливостей її експлуатації, знання діагностичної і контрольно-вимірювальної апаратури та технології ремонту. Це допомагає скоротити час знаходження та усунення несправностей, тобто підвищити коефіцієнти готовності та оперативної готовності апаратури до роботи.

2. Підвищення надійності за рахунок впровадження мікроелектроніки

Важливим фактором підвищення надійності сучасної електронної апаратури є широке застосування в ній мікроелектронних елементів, які дозволяють значно розширити її функціональні можливості, зменшити масу, габарити, потужність, що споживається, та вартість.

Надійність ЕА високої інтеграції залежить від технічного рівня виробництва та від технологічності, закладеної у конструкцію при проектуванні, оскільки всі проблеми забезпечення найкращих показників якості апаратури, що розробляється, пов’язані з досягнутим рівнем виробництва. Важливу роль у забезпеченні якості ЕА високої інтеграції відіграє кваліфікація робочих кадрів.

Всі критичні технологічні процеси і контроль продукції повинні здійснюватися працівниками, які мають необхідний рівень кваліфікації.

Традиційний підхід до підвищення якості ЕА передбачає суворий контроль на всіх етапах виробництва з метою відбракування дефектних елементів. При цьому забезпечується висока якість і надійність, але вихід годних елементів незначний, а численні операції контролю підвищують вартість апаратури.

Основна відповідальність за якість при такому підході покладається на службу контролю.

Більш прогресивним шляхом забезпечення якості ЕА високої інтеграції є орієнтація на максимально бездефектне виготовлення апаратури, виявлення потенційних джерел відмов ще на стадії проектування.

Під час розробки топології та структури ЕА необхідне врахування технологічності конструкції і можливостей технологічного процесу, а також міркувань, пов’язаних з надійністю ЕА. Метою контролю в цьому випадку є вплив на технологічний процес. Тому відпадає необхідність в широкій програмі контролю та випробувань. Завдяки забезпеченню вже на етапі проектування максимального узгодження конструкції апарата з можливостями технологічного процесу – надійність – основний параметр якості – опиняється "вбудованою" у конструкцію.

При такій системі забезпечення якості ЕА та комплектуючих виробів японській промисловості за короткий час вдалося випередити країни Західної Європи та США.

У табл. 1 наведено порівняння рівнів допустимого браку (ЗВІС) надвеликих інтегральних схем, встановлених стандартами Японії та США і Західної Європи.

Таблиця 1. – Порівняння рівнів допустимого браку