Отчет по практике

специальном стенде, где происходит проверка работоспособности платы, т.е.

её электрических параметров. Выходной контроль осуществляется по ГОСТ 10316-

78.

Типовой технологический процесс представлен блок-схемой.

6. Основы безопасности производства печатных плат

Объем аппаратуры на печатных платах и их производство в отечественной

промышленности и за рубежом неуклонно увеличивается. Именно поэтому знание

опасных и вредных факторов производства, возникающих при изготовлении

печатных плат, является одним из непременных условий подготовки

специалистов электронной промышленности.

К заготовительным операциям относят раскрой заготовок, разрезку

материала и выполнение базовых отверстий и изготовление слоев на печатных

платах.

В крупносерийном производстве разрезку материала выполняют методом

штамповки в специальных штампах на эксцентриковых прессах с одновременной

пробивкой базовых отверстий на технологическом поле. В серийном и

мелкосерийном производстве широкое распространение получили одно- и

многоножевые роликовые ножницы, на которых материал разрезается сначала на

полосы заданной ширины, а затем на заготовки. Разрезку основных и

вспомогательных материалов (прокладочной стеклоткани, кабельной бумаги и

др.), необходимых при изготовлении многослойных печатных плат в

мелкосерийном и единичном производстве, осуществляют с помощью гильотинных

ножниц.

Таким образом, выполнение заготовительных операций по раскрою

материала сопряжено с опасностью повреждения рук работающего в случае

попадания их в зону между пуансоном и матрицей, в частности верхним и

нижним ножом гильотинных ножниц, при ручной подаче материала.

Наибольшую опасность представляет работа пресса в автоматическом

режиме, требующая большого напряжения, внимания и осторожности работающего,

так как всякое замедление движения рабочего может привести к травматизму.

Во избежание попадания рук рабочего в опасную зону применяют систему

двурукого включения, при котором пресс включается только после

одновременного нажатия обеими руками двух пусковых кнопок.

В прессах и ножницах с ножными педалями для предотвращения случайных

включений педаль ограждают или делают запорной. Часто, кроме этого, опасную

зону у пресса ограждают при помощи фотоэлементов, сигнал от которых

автоматически останавливает пресс, если руки рабочего оказались в опасной

зоне. При ручной подаче заготовок необходимо применять специальные

приспособления: пинцеты, крючки и т.д.

Радикальным решением вопроса безопасности является механизация и

автоматизация подачи и удаления заготовок из штампа, в том числе с

использованием средств робототехники.

Базовые отверстия получают различными методами в зависимости от класса

печатных плат. На печатных платах первого класса базовые отверстия получают

методом штамповки с одновременной вырубкой заготовок. Базовые отверстия на

заготовках плат второго и третьего классов получают сверлением в

универсальных кондукторах с последующим развертыванием. В настоящее время в

серийном и крупносерийном производстве традиционное сверление базовых

отверстий по кондуктору на универсальных сверлильных станках уступило место

сверлению на специализированных станках. Таким образом, станки в одном

цикле со сверлением предусматривают установку фиксирующих штифтов, плотно

входящих в просверленное отверстие и скрепляющих пакет из 2-6 заготовок. Во

избежание травм при работе на сверлильных станках необходимо следить за

тем, чтобы все ремни, шестерни и валы, если они размещены в корпусе станка

и доступны для прикосновения, имели жесткие неподвижные ограждения.

Движущиеся части и механизмы оборудования, требующие частого доступа для

осмотра, ограждаются съемными или открывающимися устройствами ограждения. В

станках без электрической блокировки должны быть приняты меры, исключающие

возможность случайного или ошибочного их включения во время осмотра.

Во избежание захвата одежды и волос рабочего его одежда должна быть

заправлена так, чтобы не было свободных концов; обшлага рукавов следует

застегнуть, волосы убрать под берет.

Образующуюся при сверлении, резке материала заготовок печатных плат

пыль необходимо удалять с помощью промышленных пылесосов.

3 Элементы теории надежности

3.1 Основные понятия и определения

Надежность – свойство изделия (детали, компонента, элемента, узла,

блока, устройства, системы) выполнять заданные функции (являться

работоспособным) в течение требуемого промежутка времени.

Надежность современной электронной аппаратуры (ЭА) в значительной

мере определяется надежностью составляющих ее компонентов, и границы

сложности электронных систем зависят в основном от достижимого уровня

надежности составляющих их технических средств. Проблема обеспечения

надежности приобретает тем большее значение, чем сложнее ЭА. Разрешение

противоречия между сложностью устройств и их надежностью является одной из

важнейших инженерных задач.

В основе проектирования надежности ЭА лежит математическая теория

надежности, опирающаяся на статистическую теорию надежности. Обработка

статистических материалов в области надежности привела к накоплению большой

статистической информации. Разработаны статистические характеристики и

закономерности отказов ЭА. Теория надежности изучает природу и процессы

возникновения отказов в технических системах, методы борьбы с этими

отказами, вопросы прогнозирования состояния работоспособности систем.

Вероятность безотказной работы [pic] – вероятность того, что в

заданном интервале времени [pic] не произойдет ни одного отказа.

Вероятность отказа [pic] – вероятность того, что в заданном интервале

времени [pic] произойдет хотя бы один отказ.

Так как работоспособность и отказ являются несовместимыми событиями,

то

[pic].

(3.1)

При экспериментальных исследованиях опытная вероятность безотказной

работы [pic] (оценка вероятности) определяется из соотношения

[pic], где

(3.2)

[pic] – общее количество изделий одинакового типа при испытании на

надежность;

[pic] – количество отказавших изделий на интервале времени [pic].

Дифференцирование левой и правой частей соотношения (3.2) приводит к

выражению

[pic].

Поделив обе части выражения на [pic], получим

[pic], где

[pic]

(3.3)

- оценка интенсивности отказов изделия.

При увеличении количества изделий, участвующих в испытании на

надежность [pic] до уровня [pic] оценки вероятности [pic] и интенсивности

отказов [pic] стремятся к постоянным истинным значениям вероятности [pic] и

интенсивности отказов [pic]. Поэтому получаем уравнение

[pic].

Решение этого дифференциального уравнения находится интегрированием левой и

правой частей уравнения с учетом того, что [pic], имеем

[pic]

или [pic].

На практике выполняется ограничение, когда [pic] не зависит от

времени на достаточно большом интервале времени и равна [pic]. Тогда

[pic].

(3.4)

Это соотношение устанавливает связь вероятности безотказной работы изделия

[pic] с интенсивностью отказов данного изделия [pic].

Используя соотношение (3.1) и (3.4), получим

[pic].

Определим плотность вероятности отказов изделия

[pic], (3.5)

которая подчиняется экспоненциальному закону распределения. Для любого

закона распределения отказов [pic] справедливы соотношения

[pic], [pic].

В качестве показателя надежности ЭА используют только среднее время

безотказной работы [pic] (математическое ожидание случайной величины [pic])

[pic].

Для экспоненциального закона распределения отказов (3.5)

[pic].

(3.6)

При экспериментальной оценку среднее время безотказной работы изделия [pic]

определяется следующим образом

[pic], где

[pic] – время исправной работы i-го изделия,

[pic] – число изделий в партии, над которой производится испытание.

Используя соотношение (3.6) для вероятности безотказной работы (3.4)

получим

[pic].

Положим [pic]. Тогда [pic], т.е. на интервале времени [pic] отказали

63% изделий и сохранили безотказность 37%.

Дисперсия времени безотказной работы [pic] определяется из выражения

[pic]

и при экспоненциальном законе распределения отказов равна

[pic].

Отсюда среднеквадратическое отклонение времени безотказной работы изделия

будет

[pic].

Интенсивность отказов любого изделия определяется выражением (3.3).

Для небольших интервалов времени [pic] справедливы приближения [pic],

[pic], [pic], поэтому из (3.3) имеем

[pic].

Эта оценка интенсивности отказов может быть использована при опытном

определении интенсивности отказов. Физически интенсивность отказов изделий

определяет относительное число отказавших изделий в единицу времени.

Единицей измерения интенсивности отказов обычно является величина [pic].

Интенсивность отказов изделия на большом интервале времени

описывается качественной кривой [pic] (рис.4). Она характеризуется тремя

явно выраженными периодами: приработки I, нормальной эксплуатации II и

износа III.

На участке приработки [pic] наблюдаются внезапные приработочные

отказы. Они возникают вследствие того, что часть элементов, входящих в

состав изделия, являются либо бракованными, либо имеют низкий уровень

надежности. Период приработки составляет обычно доли и единицы процента от

времени нормальной эксплуатации изделия.

На втором участке [pic] интенсивность отказов изделия имеет

минимальный, примерно постоянный номинальный уровень [pic]. Для этого

периода работы изделия характерны внезапные отказы, вследствие действия

ряда случайных факторов. Предупредить их приближение практически

невозможно, тем более, что к этому времени в изделии остаются только

полноценные компоненты, срок износа которых еще не наступил.

Третий участок [pic] кривой характеризуется увеличением интенсивности

отказов. На этом интервале времени наблюдаются как внезапные, так и

постепенные отказы, связанные с износом (старением) элементов. При износе

происходит частичное разрушение материалов, изменение их физико-химических

свойств. Период износа завершается в точке [pic], когда интенсивность

отказов изделия приблизится к максимально допустимой [pic] для данного

изделия.

При расчетах изделий на надежность с учетом внезапных отказов обычно

принимают интенсивность отказов изделий, равную [pic], т.е. расчет

производят для нормального участка эксплуатации изделий.

Средние значения номинальной интенсивности отказов для элементов

[pic] приведены в таблице 1. Эти значения даны для нормальных лабораторных

условий эксплуатации изделий (температура – [pic], относительная влажность

– 60%, атмосферное давление – 1013 гПа). В реальных условиях эксплуатации

внешние воздействия на ЭА могут существенно отличаться от нормальных.

Изменение действующих реальных интенсивностей отказов элементов [pic]

учитывается путем введения поправочных коэффициентов.

При ориентировочных оценках надежности особенности эксплуатации ЭА

учитываются следующим образом

[pic], где

[pic] – поправочный коэффициент.

[pic] всегда больше единицы. Коэффициент [pic] учитывает воздействия

на ЭА механических факторов (вибраций, ударных нагрузок), [pic] –

климатических (температуры, влажности), [pic] – условия работы при

пониженном атмосферном давлении. Значения этих коэффициентов для

полупроводниковой ЭА приведены в таблицах 2, 3, 4 соответственно.

При окончательном расчете надежности ЭА расчетные интенсивности

отказов элементов уточняются с поправкой на электрические режимы элементов

и определяются выражением

[pic], где

[pic] – поправочный коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды

[pic] и коэффициент электрической нагрузки [pic]. Значения [pic] для

различных типов элементов приведены в таблице 5. Величина [pic]для [pic] и

температуре окружающей среды близкой к нормальной может быть осуществлено

ниже единицы.

Коэффициент нагрузки элемента [pic] равен

[pic], где

Н и Нд – соответственно электрическая нагрузка в реальном и допустимом

номинальном (по техническим условиям) режимах. Коэффициент нагрузки либо

расчитывается, либо определяется экспериментально, путем замера режимов

работы для реальной ЭА.

Коэффициенты нагрузок для различных элементов ЭА находятся следующим

образом.

Резисторы

[pic], где

[pic] – реальная мощность, рассеиваемая резистором, [pic]– допустимая

рассеиваемая резистором мощность по справочнику.

Конденсаторы

[pic], где

[pic] – реальное напряжение на конденсаторе, [pic] – допустимое напряжение

на конденсаторе по справочнику.

Полупроводниковые диоды

[pic], [pic], где

[pic] – средний рабочий выпрямленный ток, [pic] – выпрямленный допустимый

ток, [pic] – обратное рабочее напряжение, [pic] – допустимое обратное

напряжение.

Транзисторы

[pic], [pic], [pic], [pic], [pic], [pic], где

[pic] , [pic] – токи коллектора и эмиттера; [pic], [pic] – допустимые токи

коллектора и эмиттера; [pic], [pic], [pic] – напряжение коллектор-база,

коллектор-эмиттер, эмиттер-база; [pic], [pic], [pic] – допустимые

напряжения; [pic] – мощность, рассеиваемая транзистором; [pic] – допустимая

мощность.

При определении надежности простой системы обычно вводятся следубщие

ограничения.

- Отказы, происходящие в системе, являются независимыми.

- Отказы системы вызваны отказом элементов. При отказе любого из

элементов происходит отказ системы.

Данные ограничения надежности систем без резервирования при расчетах

устанавливают математическую модель, состоящую из последовательно

включенных элементов (рис.6), независимо от действительных связей элементов

в реальной системе.

Рис.6 Последовательная модель системы при расчетах на

надежность

Если известны вероятности безотказной работы элементов [pic], то

вероятность безотказной работы всей системы равна

[pic].

Полагая в соответствии с выражением (3.4), что [pic] и [pic] –

интенсивность отказа элемента, имеем

[pic], где

[pic] –

(3.8)

суммарная интенсивность отказов, есть интенсивность отказов системы.

Аналогично выражению (3.6) определяется среднее время безотказной

работы системы

[pic].

(3.9)

Из приведенных соотношений (3.7) – (3.9) следует:

- Чем меньше интенсивность отказов элементов системы, тем выше

характеристики надежности самой системы;

- Чем меньше общее количество элементов системы, тем лучше

характеристики надежности системы.

Таким образом, при конструировании систем необходимо стремиться к более

простым системам, состоящим из высоконадежных элементов при заданных

ограничениях на технические характеристики и стоимость системы.

3.2 Физическая надежность элементов ЭА

Надежность резисторов. Статистические данные показывают, что обрыв

токопроводящего слоя и нарушение контакта резистора – наиболее типичный вид

отказа (свыше 50%). Значительный процент отказов (35-40%) относят за счет

перегорания токопроводящего слоя. Около 5% отказов вызываются резким

изменением величины сопротивления (в 10-100 раз и более). Количество

отказов резисторов меняется с течением времени и зависит от условий

применения, технологии производства, качества материалов.

Нагрев резистивного слоя за счет мощности, рассеиваемой на резисторе в

рабочем режиме, и резкие изменения температуры окружающей среды вызывают

необратимые накапливающиеся изменения в резисторе, приводящие к внезапному

отказу. Снижение электрической нагрузки резистора, создание условий работы,

исключающих резкие изменения температуры, повышают его надежность.

На надежность резисторов отрицательно влияет влага. Она ускоряет

коррозию контактных выводов, что приводит к их обрыву, и способствует

растрескиванию защитных эмалей. Проникающая через трещины влага разрушает

резистивный слой или проволоку.

При длительных механических воздействиях происходят усталостные

изменения в материалах, используемых в конструкции резисторов, что приводит

к скачкообразному изменению свойств резисторов и их отказу. Надежность

резисторов существенно зависит от качества проводящего слоя и его

геометрических размеров. Чем меньше сечение проводящего слоя и чем больше

его длина, тем ниже надежность.

Мгновенные отказы резисторов возможны из-за нарушения целостности

контактного узла. Наиболее частые отказы этого вида наблюдаются у

поверхностных резисторов из-за возникающих механических перенапряжений. У

объемных резисторов таких отказов нет, так как у них контактный вывод

работает на сжатие.

Большинство резисторов имеют в начальный период работы такую же

надежность, как и в период нормальной работы. Характерной особенностью

резисторов при их работе в схемах является то, что их отказы в более чем

50% случаев вызывают отказы других элементов, например, пробой

конденсаторов, короткие замыкания в электропроводниках и полупроводниковых

приборах.

Надежность конденсаторов. Наиболее частым видом отказов конденсаторов

является пробой диэлектрика и перекрытие изоляции между обкладками

(поверхностный разряд). Эти отказы составляют около 80% всех отказов и

возникают из-за наличия слабых мест в диэлектрике и технологических

дефектов, допущенных при производстве. Довольно часто конденсаторы выходят

из строя из-за обрывов выводов. Около 15% отказов конденсаторов вызваны

уменьшением их емкости ниже допустимой. Чаще это наблюдается у

электрических конденсаторов. Из-за уменьшения сопротивления изоляции

выходят из строя около 5% конденсаторов.

Количество отказов конденсаторов зависит и от их назначения в схеме.

Наибольшая опасность отказов наблюдается у разделительных и блокированных

конденсаторов, наименьшая – у контурных и накопительных.

На надежность конденсаторов существенное влияние оказывает

температура, влажность и частота питающего напряжения. Конденсаторы с

большой электрической и тепловой нагрузкой имеют повышенное число отказов.

Увеличение рабочего напряжения на конденсаторе всегда снижает сопротивление

изоляции, нередко вызывает появление внутренней короны и пробой

диэлектрика.

Нагрев конденсатора снижает электрическую прочность диэлектрика и

сопротивление изоляции, увеличивает тангенс угла диэлектрических потерь.

Причем местное уменьшение сопротивления изоляции вызывает повышение

температуры конденсатора и, как следствие, еще большее возрастание потерь и

снижение сопротивления изоляции. Развитие этих процессов приводит к пробою

конденсатора.

Влажность окружающей среды является причиной увеличения тангенса угла

диэлектрических потерь, снижение электрической прочности и сопротивления

изоляции, что ведет к снижению пробивного напряжения. Это особенно сильно

заметно в негерметизированных конденсаторах. Надежное влагозащитное

покрытие замедляет протекание нежелательных процессов под действием влаги.

В противоположность резисторам основное количество отказов у

конденсаторов наблюдается в начальный период эксплуатации. Так, около 70%

всех пробоев происходит до наступления нормального периода работы.

Надежность полупроводниковых элементов. Параметры полупроводниковых

диодов и транзисторов сильно зависят от внешних воздействий и главным

образом от влияния температуры. Высшая температура для полупроводникового

прибора определяется переходом базы в область собственной проводимости. Для

германия эта температура лежит в пределах 80-100(С, для кремния 150-200(С,

для карбида кремния 300-400(С. Полупроводниковые приборы очень

чувствительны к перегрузкам по току и по напряжению и выходят из строя даже

при кратковременных перегрузках.

Основной причиной внезапных отказов полупроводниковых приборов

является перенапряжение между коллектором и базой, возникающее во время

переходных процессов. Иногда отказы могут быть обусловлены обратными

импульсными выбросами на участке база-эмиттер. Частым видом внезапных

Страницы: 1, 2, 3