Реферат: Оценка теплового режима ИМС. Расчет надежности полупроводниковых ИМС по внезапным отказам - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Оценка теплового режима ИМС. Расчет надежности полупроводниковых ИМС по внезапным отказам

Банк рефератов / Радиоэлектроника

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 1256 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ КАФЕДРА РЭС РЕФЕРАТ НА ТЕМУ: « Оценка теплового режима ИМС. Расчет надежности полупроводниковых ИМС по внезапным отказам » МИНСК, 2009 Оценка теплового режима ИМС Конструкция ИМС должна быть такой, чтобы теплота, выделяющаяся при ее функционировании, не приводила в наиболее неблагоприятных условиях эксплуатации к отказам элементов в результате перегрева. К тепловыделяющим элементам следует отнести , прежде всего , резисторы, активные элементы и компоненты. Мощности, рассеиваемые конденсаторами и индуктивностями, невелики. Пленочная коммутация ИМС благодаря малому электрическому сопротивлению и высокой теплопроводности металлических пленок способствует отводу теплоты от наиболее нагретых элементов и выравниванию температуры платы ГИС или кристаллов полупроводниковых ИМС. Введем следующие понятия, необходимые для осуществления тепловых расчетов. Перегрев элемента или компонента ИМС ( И, ° С), — разность между их температурой и средней температурой поверхности корпуса. Максимально допустимая температура T max доп — максимальная температура элемента или компонента ИМС, при которой обеспечиваются требования к их надежности. Удельная мощность рассеяния (Р 0 , Вт/°С) — плотность теплового потока от элемента ИМС, кристалла или платы ИМС. Внутреннее тепловое сопротивление элемента, кристалла или компонента ИМС ( R t вн , °С/Вт) — тепловое сопротивление самого элемента (кристалла, компонента) и тепловое сопротивление контакта между элементом (компонентом) и платой (кристаллом и корпусом) с учетом теплового сопротивления клеевой прослойки. Рис. 1. Тепловой поток от источника теплоты при различных соотношениях между размерами тепловыделяющих элементов и толщиной подложки: 1 — теплоотвод; 2 — слой клея или компаунда; 3 — подложка; 4 — тепловыделяющий элемент В случае, когда весь тепловой поток сосредоточен под элементом ИМС и направлен к подложке (рис. 1), при соотношении l , b >> h тепловой поток плоскопараллелен и тепловое сопротивление (1) где R T — тепловое сопротивление; и — коэффициенты теплопроводности материала подложки и клея, Вт/(м• °С); h П и h K — их толщины; b и l — размеры контакта тепловыделяющего элемента с подложкой; h = h П + h K . При уменьшении размеров источника тепла тепловой поток становится расходящимся (рис. 1), эффективность теплоотвода увеличивается и соответственно уменьшается тепловое сопротивление. Этот факт учитывается функцией : (2) где q = l /2 h , r = b /2 h , l и b — линейные размеры плоского источника теплоты. Для корпусов, значения функции даны на рис. 2. Рис. 2. Значение функции : а — при q =0+0,1; б — при q =0,1+0,4; в — при q =0,4+1,0; г — при q =1,0+4,0 Расчет надежности полупроводниковых ИМС по внезапным отказам Для расчета надежности полупроводниковых ИМС разработан ряд методик на основе статистического и физического методов. Статистические методы используют для ориентировочного расчета надежности на этапе эскизного проектирования ИМС, а физические — для окончательного расчета на этапе разработки рабочей документации. Рассмотрим наиболее распространенные методики расчета для этих двух методов. Статистический метод. В основу методики расчета надежности полупроводниковых ИМС на основе статистического метода положены те же допущения, что и при расчете гибридных ИМС. При этом учитывается, что резисторы и конденсаторы формируются на базе транзисторной структуры, т.е. с помощью прямых и обратно смещенных p - n -переходов. Поэтому интенсивность их отказов принимается такой же, что и у диодов. В качестве компонентов ненадежности полупроводниковых ИМС при данном расчете используют элементы структуры и конструкции ИМС (рис. 3): транзисторные 1 и диодные 2 p - n -переходы, внутрисхемные соединения 3 и выводы корпуса 4. Интенсивность отказов корпусных полупроводниковых ИМС рассчитывают по выражению (3) где — число условных транзисторных переходов; — число условных диодных переходов, равное общему числу диодов, резисторов и конденсаторов; — число внешних выводов; , — коэффициенты режима работы транзисторных и диодных переходов; , и — интенсивности отказов транзисторных переходов, диодных переходов и соединений соответственно (для нормальных условий); — коэффициент вибрации. При расчете бескорпусных полупроводниковых ИМС выражение (3) упрощается, так как отсутствуют соединения с выводами корпуса и = 0. Рекомендуемые для расчетов средние статистические значения интенсивностей отказов компонентов ненадежности следующие: Рис. 4. Зависимости поправочных коэффициентов от температуры и коэффициента нагрузки k a для пленочных резисторов ( a ), транзисторов (б), диодов (в) и пленочных конденсаторов (г) Рекомендуемые значения коэффициентов режима работы для различной температуры окружающей среды при расчете по данной методике приведены в табл. 1. Значение вероятности безотказной работы Р ( t ) определяют обычным путем. Рис. 5. Конструкция полупроводниковой биполярной ИМС Следует отметить, что полупроводниковые ИМС общего применения универсальны и предназначены для многоцелевого использования. В конкретном схемном включении часть цепей и внешних выводов ИМС может не использоваться и, следовательно, они не будут влиять на надежность всего устройства. Поэтому расчет по выражению (27.1) необходимо производить с учетом конкретного включения ИМС. Это часто имеет место при использовании бескорпусных полупроводниковых ИМС в МСБ. Следовательно, одна и та же ИМС может иметь различные уровни надежности. Табл. 1 Коэффициенты режима работы элементов полупроводниковых ИМС Коэффициент режима работы Температура, °С 20 30 40 50 60 70 80 1,0 1,35 1,85 2,60 3,60 4,90 6,20 1,0 1,27 1,68 2,0 2,60 3,40 4,10 Физический метод. Данный метод учитывает не только количество компонентов ненадежности, но и качество разработанной топологии, количество технологических операций, режим работы и эксплуатационные воздействия. Исходными данными для расчета надежности полупроводниковых ИМС физическим методом являются принципиальная электрическая схема, разработанная топология, маршрут технологического процесса и значения интенсивности отказов компонентов ненадежности. В отличие от гибридных ИМС в полупроводниковых ИМС выделяют следующие элементы конструкции, характеризующиеся определенными значениями интенсивности отказов: кристалл, корпус, соединения. Однако активные и пассивные элементы полупроводниковых ИМС формируются в объеме и (или) на поверхности кристалла с помощью определенного числа технологических операций и не могут считаться самостоятельными (дискретными) при расчете надежности. Их надежность во многом будет зависеть от сложности технологического процесса. Анализ отказов полупроводниковых биполярных и МДП-ИМС позволяет выявить наиболее часто встречающиеся отказы, обусловленные различного рода дефектами, и определить их интенсивность. Так, для полупроводниковых ИМС, в зависимости от вида дефекта, установлены такие значения интенсивности отказов элементов структуры и конструкции: из-за дефектов, обусловленных диффузией (для одной стадии) ; из-за дефектов металлизации (на 1 мм 2 площади) ; из-за дефектов оксида (на 1 мм 2 площади) ; из-за дефектов от посторонних включений в корпусе (на 1 мм 2 площади кристалла) ; из-за поверхностных и структурных дефектов кристалла (на 1 мм 2 площади кристалла) из-за некачественного крепления кристалла ; из-за обрыва термокомпрессионного сварного соединения ; из-за повреждения корпуса (для пластмассового корпуса) и (для металлокерамического корпуса). По этим значениям можно определить интенсивности отказов активных и пассивных элементов и элементов конструкции полупроводниковых ИМС с учетом стадийности диффузионных или других высокотемпературных процессов, реальных площадей элементов, металлизации и кристалла. Поэтому в качестве компонентов ненадежности используют элементы структуры и конструкции полупроводниковой ИМС, значения интенсивностей отказов которых определяются выражениями: (4) (5) (6) где , , — интенсивности отказов элементов (транзистора, диода, диффузионного резистора, диффузионной перемычки или шины), металлизации и кристалла соответственно; — число стадий диффузии при формировании того или иного элемента; , , — площади (в мм 2 ) элемента, металлизации и кристалла соответственно. К компонентам ненадежности относится также корпус и соединения, характеризующиеся значениями и . Только после такого определения расчет можно свести, как и в случае гибридных ИМС, к суммированию интенсивностей отказов отдельных компонентов ненадежности с учетом поправочных коэффициентов на величину электрической нагрузки и состояние окружающей среды. В данном случае интенсивность отказов полупроводниковых ИМС с учетом того, что время появления внезапных отказов распределено по экспоненциальному закону, определяется выражением (7) где т — число групп элементов; n i — число элементов данного ти па с одинаковым режимом работы; — поправочный коэффициент, учитывающий влияние окружающей темпер атуры и электрической нагрузки; — поправочный коэффициент, учитывающий механические воздействия, относительную влажность и и зменение атмосферного давления; — интенсивность отказов элементов структуры (транзисторов, диодов, резисторов), металлизации, кристалла и конструкции (соединений, корпуса). Порядок расчета надежности полупроводниковых ИМС по внезапным отказам физическим методом следующий. 1. По заданной принципиальной электрической схеме и разработанной топологии определяют число n i структурных элементов каждого типа и число т, m i типов элементов. 2. По топологии и маршрутной карте технологического процесса изготовления полупроводниковой ИМС определяют число диффузий для изготовления структурных элементов каждого типа. 3. По топологии определяют площади структурных элементов каждого типа , и площадь кристалла . 4. Используя данные по интенсивностям отказов элементов структуры и конструкции, по выражениям (4) — (6) определяют значения для элементов каждого типа. 5. По заданным электрическим параметрам и принципиальной электрической схеме производят расчет электрического режима и определяют коэффициенты нагрузки k Hi для активных и пассивных элементов (как при расчете гибридных ИМС). Коэффициент нагрузки k НМ i наиболее нагруженных проводников металлизации (шины питания, сигнальные выходные шины и др.) определяют из выражения (8) где — ток через i -й проводник металлизации; и — ширина и толщина проводника металлизации; — допустимая плотность тока через проводник металлизации. 6. Для заданной температуры и рассчитанных значений k н i по графикам рис. 6 и 8 определяют значения поправочных коэффициентов ( , , и ) . 7. По заданным условиям эксплуатации выбирают поправочные коэффициенты k 1 k 2 , и определяют k i = k 1 k 2 k 3 . 8. По полученным в п. 1, 4, 6 и 7 данным и выражению (7) рассчитывают интенсивность отказов ИМС. Для заданного времени t рассчитывают вероятность безотказной работы ИМС (9) ЛИТЕРАТУРА 1. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. М.: Мир, 2001. - 379 с. 2. Новиков Ю.В., Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорной техники. Курс лекций. М.: ИНТУИТ.РУ, 2003. - 440 с. 3. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учеб. пособие для ВТУЗов. СПб.: Политехника, 2006. - 885 с. 4. Преснухин Л.Н., Воробьев Н.В., Шишкевич А.А. Расчет элементов цифровых устройств. М.: Высш. шк., 2001. - 526 с. 5. Букреев И.Н., Горячев В.И., Мансуров Б.М. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. М.: Радио и связь, 2000. - 416 с. 6. Соломатин Н.М. Логические элементы ЭВМ. М.: Высш. шк., 2000. - 160 с.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Зашла в магазин. Продавец, улыбаясь, спрашивает: "Чего ДЕВУШКА хочет?" Отвечаю: "Девушка хочет Мартини, мужика хорошего и секса постоянного, но пришла она за хлебушком..."
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по радиоэлектронике "Оценка теплового режима ИМС. Расчет надежности полупроводниковых ИМС по внезапным отказам", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru