9zip.ru Инструкции Надёжность прецизионных непроволочных резисторов

Основным критерием работоспособности является стабильность сопротивления; в некоторых случаях такого рода критерием может служить температурный коэффициент сопротивления, а для потенциометров — нахождение функциональной характеристики в заданных пределах.

Отказ резистора — это событие, заключающееся в потере работоспособности. Причиной отказа резистора могут быть дефекты РЭ (сколы, трещины проводящего слоя), изоляционного основания, «слабые» места в контактных узлах и выводах. В достаточной мере условно отказы прецизионных резисторов можно подразделить на внезапные (катастрофические) и постепенные (параметрические), связанные с изменением во времени (старением) параметров изделий. В некоторых случаях, например при повреждении спиральной нарезки постоянного прецизионного резистора, локальная перегрузка может привести к катастрофическому отказу. Очевидно, что количественные характеристики надежности определяются, кроме дефектов конструкции, условиями эксплуатации (нагрузкой, окружающей температурой, монтажом изделий) и допустимыми изменениями параметров прецизионных резисторов.

Следует отметить, что как перегрузка, так и недогрузка резисторов ведут к снижению показателей надежности. Даже для одинаковой радиоэлектронной аппаратуры методы ее сборки оказывают существенное влияние на надежность.

Определение количественных характеристик надежности резисторов. В настоящее время основным источником информации о количественных характеристиках надежности являются испытания на надежность. Определение надежности сводится к определению вида распределения вероятности безотказной работы и интенсивности отказов.

Статистический закон распределения, получаемый из обработки экспериментальных данных, обычно заменяется одним из стандартных законов распределения (распределением Вейбулла, нормальным, экспоненциальным). Такой переход позволяет уменьшить количество числовых характеристик и упростить переход от одной количественной характеристики к другой.

Построение математических моделей надежности резисторов. При конструировании резистора без детального изучения причин отказов невозможно повышение надежности. В связи с этим целесообразно приводить не только показатели надежности, но и уточнять их по характеру отказов, увязывая различные виды отказов с параметрами, характеризующими данный резистор. Так, общая надежность прецизионного резистора определяется надежностью РЭ, надежностью контактных узлов. Для потенциометров к этим факторам добавляются надежность по плавности регулирования, надежность по износу РЭ и подвижного контактного узла.

При построении моделей надежности для сокращения объема испытаний группируют изделия различных типов, имеющих одну базовую конструкцию, близкие по технологии изготовления и назначения, с тем чтобы оценки характеристик надежности для наиболее характерного изделия этой группы можно было распространить на всю группу прецизионных резисторов. Аналогичное группирование изделий целесообразно при обобщении накопленных на предприятии данных испытаний.

При использовании моделей надежности необходимо иметь в виду, что эксплуатационные параметры резисторов, в том числе и вероятность безотказной работы, представляет собой случайный процесс от времени выпуска изделия. Спектральный анализ случайного процесса, описывающего изменчивость уровня производства, выявил доминирующие частоты 1 год, 2/3 года и месяц.

Повышение надежности изделий, а следовательно, и времени и объемов испытаний приводит к необходимости прогнозировать количественные параметры надежности без проведения полного объема испытаний. Существуют два направления: ускоренные испытания, заключающиеся в ускоренном старении изделий при форсировании внешних эксплуатационных факторов, и методы, основанные на теории предсказания характеристик случайных процессов.

Основным условием проведения ускоренных испытаний является то, что физические процессы старения в форсированном и обычном эксплуатационных режимах должны быть одни и те же и соотношения коэффициентов старения от разных механизмов старения должны остаться без изменения. Таким образом, разработку методики ускоренных испытаний можно условно разбить на два этапа. Во-первых, выявление предельно допустимых уровней форсирования внешних факторов, не вызывающих значительных изменений в физической картине процессов старения, и, во-вторых, определение с помощью методов математической статистики коэффициентов пересчета, позволяющих отнести данные, полученные при ускоренных испытаниях, на обычный эксплуатационный режим.

В композиционных резисторах на органической связке наиболее чувствительным к внешним воздействиям компонентом является

Связующая основа. В качестве связующего материала в композиционных резисторах используются термореактивные смолы. После термообработки термореактивная смола представляет собой пространственный полимер, скрепляющий и фиксирующий проводящий слой. Временные изменения, происходящие в проводящем слое, связаны с изменением концентраций входящих в состав смолы молекул с различной степенью полидисперсности, непрореагировавших веществ, побочных продуктов поликонденсации и растворителя.

Процессом, определяющим старение, является усадка связующего, которую можно рассматривать как уменьшение концентрации непроводящей фазы. Усадочные явления — это выделение низкомолекулярных летучих продуктов, образующихся вследствие термоокислительной деструкции. Указанный процесс является следствием двух взаимосвязанных явлений: диффузии летучих продуктов к поверхности проводящего слоя и испарения диффундирующего вещества.

Далее на основе физической модели старения проводящего слоя строится модель старения самого резистора. В настоящее время существуют два подхода к решению этой задачи. При первом подходе константы, входящие в выражения для временной зависимости проводящего слоя, предполагаются случайными величинами, и на основе этого строится временная зависимость распределения вероятности для сопротивлений резисторов. При втором подходе изменение сопротивления резистора предполагается обусловленным изменением сопротивления дефектов проводящего слоя. Вводя предположение о статистических свойствах дефектов (толщине проводящего слоя, его трещин и сколов), строят модель старения изделия. Оба подхода позволяют получить лишь качественное соответствие с экспериментальными данными по старению резисторов.

Следует также отметить, что результаты по прогнозированию количественных показателей надежности, полученные с помощью моделей старения, базирующихся на аналитических методах для случайных функций, имеют сложный и громоздкий вид. Поэтому представляется целесообразным использовать для решения задачи о расчете количественных характеристик надежности метод Монте-Карло. Исходными данными задачи являются функции распределения констант, входящих в математическую модель старения, дефектов резисторов и эксплуатационных условий.

С помощью датчика случайных чисел моделируется выборка резисторов с заданным уровнем дефектности РЭ и разбросом параметров модели старения. Далее РЭ каждого резистора разбивается на отдельные элементы, причем шаг разбиения выбирается более мелким в областях, примыкающих к дефектам. С помощью тепловой модели резистора, рассчитываются температуры элементов конструкции. Это позволяет производить анализ старения каждого участка РЭ отдельно. Общее сопротивление резистора в каждый момент времени подсчитывается с помощью электрической схемы замещения. Для каждого момента времени, таким образом, может быть построено распределение параметров всей совокупности резисторов, от которого достаточно легко перейти к количественным характеристикам надежности. Через определенные промежутки времени в тех случаях, когда в резисторе из-за изменения сопротивления отдельных участков произошло перераспределение электрической нагрузки по РЭ, производится пересчет тепловой модели с целью определения нового распределения температур и констант, входящих в модель старения. Указанный прием особенно необходим при анализе старения постоянных прецизионных резисторов со спиральной нарезкой, в которых дефект может занимать значительную по ширине часть резистивной дорожки и привести к катастрофическому отказу вследствие ее выгорания.

Многократный расчет, выполненный с помощью указанной математической модели и имитирующий старение различных выборок резисторов, позволяет оценить и статистические характеристики временных зависимостей параметров надежности.

Из сказанного становится ясным, что достоверность расчета в основном определяется качеством математической модели старения и правильностью оценки статистических характеристик входящих в нее констант. Кроме расчета временной зависимости количественных характеристик надежности, стохастическая модель может быть использована как инструмент исследования влияния отдельных физических механизмов старения на надежность резисторов и оценки коэффициентов ускорения при проведении ускоренных испытаний.

Кроме методов непосредственной оценки количественных характеристик надежности, применяются и косвенные методы, основанные на корреляционной связи их с такими параметрами резисторов, как нелинейность, уровень шумов, распределения потенциала и интенсивности инфракрасного излучения по РЭ резисторов. Наиболее широко используются методы, базирующиеся на измерении э. д. с. шумов и уровня третьей гармоники напряжения.

Понравилась статья? Товарищ Смирнов говорит: поделись с друзьями!