Современные технологии. Актуальные проблемы пайки печатных узлов — Время электроники

На всех стадиях сборочно-монтажных операций выполняются операции контроля: входной контроль, операционный контроль, выходной контроль. По степени охвата большинство операций относятся к сплошному контролю, т.е. проверке подвергаются все модули. Обнаруженные дефекты фиксируются в сопроводительной документации на узел для последующего устранения, для статистического учета и с целью выявления и устранения причин их появления. Протоколирование дефектов в соответствии с программой ведет и автоматическое оборудование.

Визуальный контроль с помощью оператора – самый распространенный способ. Оборудование – микроскоп с увеличением от 2 до 10 крат. Качество контроля зависит от квалификации оператора. Такой контроль применяется в лабораторных условиях или на опытном производстве. В сборочных линиях контроль осуществляют автоматические установки.

Автоматическая оптическая инспекция (АОИ). Автоматизированный контроль реализуется в ходе четырех основных этапов технологического процесса: нанесения припойной пасты, позиционирования компонентов, отверждения адгезива и проверки после пайки.

Очень важна оптимизация процесса трафаретной печати припойной пасты, поскольку она служит источником дефектов пайки (перемычек и непропаев), а дефекты, связанные с пайкой, являются основной причиной отбраковки изделий на выходном контроле. Настоятельно рекомендуется контроль собранных плат после отверждения адгезива. Вследствие недостаточного или чрезмерного количества нанесенного адгезива компоненты могут оказаться приподнятыми под углом по отношению к поверхности платы или установленными с разворотом (смещенными в плоскости платы). Это способствует появлению дефектов при пайке. Отсутствие конвейера для транспортировки коммутационных плат и перемещение плат вручную (после позиционирования компонентов) в камеру для отверждения адгезива может привести к смещению компонентов.

АОИ позволяет контролировать:

— нанесение припойной пасты (недостаточное, избыточное, неточное, позиционирование трафарета);

— качество позиционирования компонентов (отсутствие/наличие компонента, точность позиционирования, включая разворот по горизонтали и вертикали, несоответствие полярности или номера вывода, дефект вывода, наличие посторонних предметов);

— качество паяного соединения (короткое замыкание, непропай, несмачиваемость, излишек или недостаток припоя).

Основой АОИ является формирование изображений объектов и анализ характерных особенностей их элементов. Двухмерное изображение объекта формируется оптическими матрицами. Для повышения контрастности изображения используют дополнительное освещение инспектируемой поверхности. Типичными параметрами установки являются: стандартное поле зрения (порядка 30х50 мм) и поле высокочеткого зрения (порядка 6х8 мм), скорость сканирования (до 18÷36 см²/сек) и количество одновременно обрабатываемых изображений (как правило, более 70). Используются монохромные системы, двух- и трехцветовые (самые распространенные). Фон теплового излучения от платы и компонентов может создавать помехи, компенсация помех выполняется программными средствами. Изображение оцифровывается, и формируется матрица, несущая информацию об объекте. Сформированная картинка может сравниваться с эталонным изображением платы или с информацией о сборке на основании данных CAD и Gerber-файлов. Такие системы позволяют выполнять 100%-ный контроль плат со скоростью до 150 000 компонентов в час, но чувствительны к смене материала платы и компонентов. Большинство АОИ хорошо обнаруживают дефекты расположения компонентов и с меньшим успехом различают дефекты нанесения припойной пасты или качество пайки.

Оптические системы на основе лазеров могут формировать 3-х мерное изображение объектов. Они применяются и для двумерного анализа сборок, особенно в тех случаях, когда наблюдаемые элементы имеют малую высоту или небольшое различие по контрасту (отверстия, реперные точки). Лазерные системы в составе автоматических сборщиков не формируют изображение объекта, а анализируют отражение от компонента, и если присутствует тень вместо отраженного луча, то компонент пропущен при установке и система выдает соответствующее сообщение.

Рентгеновские контрольные технологические установки (РКТУ). Для контроля качества внутренних слоев ПП и качества пайки некоторых типов компонентов применяется анализ изображений, полученных с помощью рентгеновских установок. Изображение внутренних слоев МПП и паяных соединений шариковых выводов корпусов типа BGA, скрытых под днищем микросхемы, может быть получено благодаря высокой проникающей способности рентгеновских лучей и разной способности материалов поглощать рентгеновские кванты. Проникающая способность излучения зависит от его энергии, которая определяется напряжением на рентгеновской трубке. Для пластика ПП достаточно напряжения в 30 кВ, для исследования паяных контактов BGA компонента требуется напряжение 100 кВ. Опасности для персонала такое излучение не представляет, поскольку оно полностью поглощается достаточно тонкими металлическими защитными стенками.

Рентгеновские лучи позволяют получать изображения с разрешением от 0,5 до единиц микрон. Существуют определенные сложности формирования увеличенного изображения объекта в рентгеновских лучах, поскольку для них не существует линз и других элементов обычной оптики. Основная задача лежит на алгоритмах обработки изображения, конвертированного детектором квантов в электрический сигнал. Достаточно хорошо с помощью РКТУ идентифицируются дефекты пайки (непропаи и короткие замыкания), скрытые под корпусами микросхем. С помощью рентгеновского контроля можно обнаружить дефекты типа пустот внутри паяных соединений. Широкое применение рентгеновский контроль нашел в производстве МПП для обнаружения дефектов ширины внутренних проводящих дорожек, расслоения диэлектрика и других. Однако установки весьма дороги, для них характерна низкая скорость контроля, повышенные эксплуатационные расходы.

Электрический контроль. При тестировании электрическим методом платы устанавливаются на адаптеры, построенные по принципу «поля контактов». Для обнаружения коротких замыканий и обрывов используется низкое напряжение (10 В). Высоким напряжением (500 В) тестируется изоляция на утечку и пробой. Наличие тестовых контактов в переходных отверстиях позволяет с высокой точностью локализовать обрывы. Тестирование плат при помощи этого метода занимает несколько секунд. Самой ответственной частью тестеров является тестовый контакт, так как именно от качества контактирования зависит достоверность информации. Тестовые контакты содержат подпружиненную контактирующую часть. Для соединения с переходными отверстиями, выводами штырьковых компонентов, тестовыми площадками предусмотрены различные формы контактирующих соединений — коронка, игла, воронка и др. Слабое место в тестерах такого типа — адаптерная часть, индивидуальная для каждой разновидности платы. Учитывая, что номенклатура изделий на больших предприятиях велика, стоимость всех адаптеров может оказаться выше стоимости самой тестовой системы.

Лучшее решение для производства с большой номенклатурой – применение оборудования, работающего по методу «летающих пробников». Тестеры имеют несколько головок с приводами по осям X, Y, Z, на каждой из которых установлен пробник. Головки поочередно контактируют с платой с подачей и измерением сигнала, для перехода от одной платы к другой достаточно изменить программу тестирования. Программы перемещения пробников методом трансляции из систем CAD значительно сокращают время подготовки тестовой обработки. Вместе с тем метод «летающих пробников» не обеспечивает высокой производительности тестирования, хотя цена на оборудование достаточно высока.

Тестирование многослойных ПП имеетопределенные сложности. Обычные способы («поле контактов», «летающие пробники») позволяют найти цепи с имеющимися короткозамкнутыми слоями или проводниками, однако они не определяют их точного местоположения. Если учесть, что стоимость некоторых МПП достаточно велика, то можно говорить о рентабельности оборудования, позволяющего локализовать и устранять такие дефекты. Для точного определения места межслоевого короткого замыкания применяется оборудование, работающее по методу «векторного поиска». Суть его в том, что на область предполагаемого дефекта подается напряжение питания, после чего отслеживается зависимость изменения величины протекающего тока от положения пробника на ПП. В основе приборов с такой технологией применяются очень точные миллиомметр, микровольтметр и миллиамперметр.

Платы для ВЧ-схем. Еще одна особенность оборудования учитывается при тестировании ПП, предназначенных для высокочастотной техники, или плат с контролируемым импедансом. Дорожку в такой плате нельзя рассматривать как простой проводник. В таком проводнике необходимо контролировать волновое сопротивление (импеданс). Волновое сопротивление измеряется рефлектометрическим методом. Происходит наблюдение за формой волнового сопротивления линии передачи по всей ее длине, и при этом измеряется коэффициент отражения импульсов с малым временем нарастания. Рефлектометрические приборы представляют собой сложное измерительное оборудование и применяются, как правило, в лабораторных условиях.

Методы тестирования сборок.Методы тестирования радиоэлектронных изделий на стадии производства подразделяются на два класса – внутрисхемное и функциональное. Каждый из методов отличается способом контактирования с тестируемым изделием.

Внутрисхемное тестированиевыполняет проверку отдельных компонентов на плате или фрагментов схем. Применяются методы исключения влияния параллельных цепей. При проверке резистора, например, измеряется именно его сопротивление, а не сопротивление цепи, к которой он подключен. Внутрисхемное тестирование подразделяется в свою очередь на аналоговое и цифровое.

При аналоговом внутрисхемном тестировании обычно проверяется:

— наличие коротких замыканий и обрывов;

— номиналы дискретных компонентов (резисторов, конденсаторов, индуктивностей, дискретных полупроводниковых приборов);

— наличие и правильность установки микросхем.

Влияние параллельных цепей исключается установкой блокирующих напряжений, применением метода многопроводного измерения, точным подбором напряжения и частоты тестирования. Этот метод тестирования позволяет обнаружить до 80% дефектов сборки, поэтому аналоговое внутрисхемное тестирование часто называют анализом производственных дефектов.

При цифровом внутрисхемном тестировании цифровые микросхемы проверяются на соответствие таблице истинности. Для исключения влияния параллельно установленных микросхем (например, при использовании шинной технологии) на вход тестируемой микросхемы подаются импульсы большого уровня с ограниченной длительностью. Такой метод называется backdriving.

Выбор оборудования и метод контактирования для внутрисхемного тестирования зависит от требований и возможностей пользователя. Метод клипс и пробников универсален и недорог, но требует больших временных затрат и высокого уровня подготовки персонала. Обычно его применяют при единичном производстве и при ремонте. Метод «поле контактов» предполагает изготовление тестового адаптера для каждого изделия, но обеспечивает высокую производительность. Используется в среднем и крупносерийном производстве.

Функциональное тестирование предназначено для проверки работоспособности модуля и, при необходимости, его регулировки и настройки. Контакт с изделием осуществляется обычно через краевой разъем. Тестовое оборудование, применяемое при функциональном тестировании, выполняет:

— подачу питающего напряжения с возможностью изменения его в автоматическом режиме, от минимального до максимально допустимого;

— подачу цифровых и аналоговых входных сигналов в широком диапазоне частот и напряжений;

— измерение параметров выходных сигналов;

— эмуляцию нагрузок;

— обмен данными с тестируемым устройством;

— обработку результатов измерений и вывод их на дисплей и принтер в удобном для пользователя виде;

— накопление и обработку статистической информации.

Технологии современного производства постоянно совершенствуются, и в условиях жесткой конкуренции все острее ощущается проблема качества. С помощью одного лишь технологического оборудования решить ее невозможно. Уже сейчас многие отечественные предприятия вводят в производственный процесс системы обеспечения качества, важной частью которых являются системы автоматического тестирования. Они позволяют не только определять производственные дефекты, но и вести статистический учет неисправностей для своевременной корректировки процесса производства, и, следовательно, для повышения качества электронного изделия.

Стандартизация создает единую нормативно-техническую, информационную, методическую и организационную основу проектирования, производства и эксплуатации изделий. При этом обеспечи­вается использование единого технического языка и терминологии, взаимо­обмен документацией между предприятиями без ее переоформления, совершенствование организации проектных работ, возможность автоматиза­ции разработки технической документации с унификацией машинно-ориентированных форм документов, совершенствование способов учета, хранения и изменения до­кументации и др.

Вопросы стандартизации разработки и производства геофизической радиоэлектронной аппаратуры имеют три уровня: федеральный, отраслевой и локальный.

Стандартизация конструкций

Конструкция – это совокупность элементов и деталей с различными физическими свойствами и формами, находящихся в определенной пространственной, механической, тепловой, электромагнитной и энергетической взаимосвязи. Эта взаимосвязь конструкторской документацией и обеспечивает выполнение радиоэлектронной аппаратурой заданных функций с необходимой точностью и надежностью при воздействии на нее различных факторов (производственных, эксплуатационных и др.).

Решение задач удовлетворения различным требованиям к конструкции аппаратуры в значительной степени упрощается применением стандартизации конструкций, этапов разработки и документации аппаратуры.

Последовательность этапов разработки РЭА и стадий выпуска конструкторской документации определяется техническими регламентами и Госу­дарственными стандартами. При разработке РЭА выпускают большое коли­чество технической документации (конструкторской и технологической), со­став которой также определяется Государственными стандартами.

При автоматизированном проектировании изделий конструкторские и технологические документы могут быть выполнены в визуальной форме (читаемые человеком) и в машинной (кодированной) форме, воспри­нимаемой только техническими средствами, на любых носителях информации. Учитывая неравномерность развития предприятий и различия в осна­щенности их средствами САПР, допускается в комплекте документации на изделие иметь документы, выполненные традиционным способом (вручную), документы на носителях разного вида и документы в визуально воспринимаемой и машинной форме.

Основные понятия. Как известно, из нескольких вариантов конструкции, решающей одинаковые функции, оптимальным является только один, который и должен быть принят к разработке. Он используется в следующих разработках, пока не будет создан новый, более качественный вариант. Такой принцип положен в основу стандартизации и создает благоприятные условия для составляющих стандартизации — преемственности, повторяемости, типизации и унификации элементов конструкции.

Преемственность – это объем применения в новом изделии ранее разработанных и освоенных производством деталей и узлов. Снижает сроки разработки конструкции и стоимость подготовки производства (за счет использования имеющегося инструмента).

Повторяемость – характеризуется числом одинаковых узлов и деталей в изделии. Упрощается конструкция и стоимость ее изготовления.

Типизация – это процесс целесообразного сокращения многообразия конструкций за счет создания типовых широко применяемых деталей и узлов. Наивысшая степень типизации – унификация.

Унификация – это процесс сокращения многообразия типовых деталей и узлов или изделий путем объединения их в группы по определенным признакам и функциям. Унифицированные элементы конструкции позволяют создавать различные приборы и устройства на базе исходных моделей с минимальными затратами времени и средств. Это осуществляется путем создания унифицированных рядов функциональных изделий, схожих по форме и отличающихся между собой параметрами, либо размерами. Эти ряды образуют соответственно параметрические и размерные ряды.

Параметрические ряды охватывают элементы с вариацией параметров. В таких рядах параметры представляются в виде мощности, емкости, сопротивления, коэффициента усиления, количества определенных возможностей цифрового устройства и т.д.

Степень унификации оценивают коэффициентом унификации:

K_y=N_y/N,

где N_y – количество унифицированных деталей, N – общее количество деталей.

Нормализация – метод внедрения в пределах предприятия, объединения или ведомства норм, рационально ограничивающих разнообразие типоразмеров конструкции, материалов, полуфабрикатов, обрабатывающего и измерительного инструмента и других норм общей применяемости. Документом, регламентирующим обязательное применение какой-либо из норм, является нормаль. Нормали ограничивают также и общие технические регламенты.

Стандартизация — метод обеспечения единства качества параметров массовой промышленной продукции, снижения трудоемкости ее изготовления путем установления обязательных норм на параметры изделий или производственные процессы.

Документами, регламентирующими указанные нормы, являются технические регламенты и государственные стандарты (ГОСТ), которые обязательны к применению наравне с установленными государством законами.

Отраслевые стандарты (ОСТ) обязательны для отдельных отраслей промышленности.

Главными в стандартизации являются общетехнические нормы, в том числе Единая система конструкторской документации (ЕСКД).

Конструкторские документы (КД) — графические и текстовые до­кументы, в отдельности или в совокупности определяющие состав и устрой­ство изделия и содержащие необходимые данные для его изго­товления, контроля, приемки, эксплуатации, ремонта, утилизации.

Виды конструкторских документов. Государственные стандар­ты устанавливают виды и комплектность конструкторских доку­ментов на изделия всех отраслей промышленности. Конструкторские документы (КД) — документы, в отдельности или в совокупности определяющие состав и устройство изделия и содержащие необходимые данные для его разработки и изготов­ления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта. По форме представления КД разделяют на графиче­ские и текстовые.

Графические конструкторские документы — документы, в ко­торых с помощью установленных стандартом символов и правил поясняются устройство, принцип действия, состав и связи между отдельными частями изделия. К ним относят:

чертеж детали — изображение детали и данные, необходимые для ее изготовления и контроля;

сборочный чертеж (СБ) — изображение сборочных единиц и другие детали, необходимые для сборки и контроля;

чертеж общего вида (ВО) — изображение конструкции изделия, дающее представление о взаимодействии его основных частей и принципе работы;

теоретический чертеж (ТЧ) — геометрическая форма изделия и координаты расположения его основных частей;

габаритный чертеж (ГЧ) — контурное (упрощенное) изображение изделия с габаритными, установочными и присоединительными размерами;

монтажный чертеж — контурное (упрощенное) изображение изделия, содержащее данные для его установки (мон­тажа);

электромонтажный чертеж (ЭМ) — данные для электрического монтажа изделия;

установочный чертеж (УЧ) — данные для установки изделия;

схема — составные части изделия в виде условных изображений или обозначений и связи между ними;

спецификация — состав сборочной единицы, комплекса или комплекта.

Текстовые конструкторские документы— документы, содержа­щие описание устройства, принципа его действия и эксплуатацион­ные показатели. К ним относят:

ведомость спецификаций (ВС) — перечень всех спецификаций со­ставных частей изделия с указанием их количества и входимости;

ведомость ссылочных документов (ВД) — перечень ссылочных документов, на которые имеются ссылки в конструкторских документах изделия;

ведомость покупных изделий (ВП) — перечень покупных изделий, примененных в составе изделия;

ведомость согласования применения изделий (ВИ) — подтвержде­ние согласования с соответствующими организациями приме­нения определенных покупных изделий;

ведомость держателей подлинников (ДП) — перечень предприятий, на которых хранятся подлинники документов, примененных в данном изделии;

ведомость технического предложения (ВТ) — перечень документов, вошедших в техническое предложение;

ведомость эскизного проекта (ЭП) — перечень документов, вошед­ших в эскизный проект;

ведомость технического проекта (ТП) — перечень документов, во­шедших в технический проект;

пояснительная записка (ПЗ) — описание устройства и принципа действия изделия, а также обоснование принятых при его разработке технико-экономических решений;

технические условия (ТУ) — требования к изделию, его изготовле­нию, контролю качества, приемке и поставке;

программа и методика испытаний (ПМ) — технические данные, под­лежащие проверке при испытании изделия, порядок и методы их контроля;

расчет (РР) — расчеты параметров и величин, например, расчет раз­мерных цепей, расчет на прочность, расчет теплового режима и др.;

расчет — расчеты параметров и величин, например расчет размерных цепей электрических режимов и т. д.

таблица (ТБ) — данные, сведенные в таблицу;

эксплуатационные документы — документы для использования при эксплуатации, обслуживании и ремонте изделия в процессе эксплуатации;

ремонтные документы — данные для проведения ремонтных работ на специализированных предприятиях;

инструкция (И) — указания и правила, используемые при изготовле­нии изделия (сборке, регулировке, контроле и т. п.);

патентный формуляр (ПФ) — документ, содержащий результаты па­тентного поиска, осуществленного при разработке изделия.

Классификация КД по способу выполнения и характеру использо­вания. По способу выполнения и характеру использо­вания КД делят на:

оригиналы — документы, выполненные на любом материале и предназначенные для изготовления по ним подлинников;

подлинники — документы, оформленные подлинными подпи­сями и выполненные на любом материале, позволяющем много­кратное воспроизведение с них копий;

дубликаты — документы, идентичные подлиннику и выполнен­ные на любом материале, позволяющем снятие с них копии;

копии — документы, выполненные способом, обеспечивающим их идентичность с подлинником (дубликатом), и предназначен­ные для непосредственного использования при разработке, из­готовлении, ремонте и эксплуатации изделий.

проектные КД – документы, выполненные на этапах технического предложения, эскизного и технического проектов.

рабочие КД – документы, выполненные на этапе выпуска рабочей документации.

Обозначения (шифры) КД.

Особенности РЭА как отдельного, самостоятельного класса продукции привели к созданию некоторых специфических кон­структорских документов: схем алгоритмов; диаграмм временных и микропрограммной логики; таблиц сигналов, идентификаторов сигналов, проверки параметров.

Особую группу документов составляет КД на программное обеспечение. Правила составления программной документации устанавливается единой системой программной документации (ЕСПД).

Единая система технологической документации (ЕСТД) включает в себя группу стандартов, определяющих правила со­ставления и обращения технологических документов.

Широкое внедрение автоматизированных методов проекти­рования средств вычислительной техники не изменяет комплект конструкторской документации. Однако одна часть документов исполняется в обычном, традиционном виде (на бумаге, кальке), а другая — на машинных носителях (перфоленте, магнитных ленте, дисках).

Требования к выполнению конструкторских графических документов.

Стандарты ЕСКД устанавливают основные требования к выполнению конструкторских графических доку­ментов: выбору формата чертежей и масштабов изображения, правилам простановки размеров и введения обозначений, выпол­нения чертежей различных видов изделий и построения спе­цификаций.

Основны­ми форматами приняты 11 – А4 (размеры сторон 297 Х 210), 12 – А3 (297 X 420), 22 – А2 (594 X 420), 24 – А1 (594Х841) и 44 – А0 (1189Х841).

В графических КД опре­делены:

масштабы уменьшения (1:2, 1:2,5; 1:4; 1:5; 1:10; 1:15; 1:20; 1:25; 1:40; 1:50; 1:75; 1:100; 1:200; 1:400; 1:500; 1:800; 1:1000);

масштабы увеличения (2:1; 2,5:1; 4:1; 5:1; 10:1; 20:1; 40:1; 50:1; 100:1).

Стандарты устанавливают правила нанесения размеров для всех встречающихся на практике случаев. Основные правила нанесения размеров и предельных отклоне­ний на чертежах следующие:

а) общее число размеров на чертеже должно быть минималь­ным, но достаточным для изготовления и контроля изделия;

б) размеры, не обеспечиваемые при изготовлении изделия по данному чертежу и указанные для удобства пользования, называют справочными и отмечают знаком «*» с помещением записи «Размеры для справок»;

в) линейные размеры и их допустимые отклонения указы­вают на чертежах в миллиметрах без обозначения единицы измерения;

г) при обозначении размеров простые дроби не применяют, за исключением размеров в дюймах;

д) повторение размеров одного и того же элемента изделия на разных видах не допускается;

е) нанесение размеров в виде замкнутой цепи не допус­кается;

ж) при указании радиуса перед размерным числом поме­щают прописную букву R, при указании размера диаметра – знаки Æ;

з) предельные отклонения размеров указывают непосредст­венно после номинальных значений.

Требования к выполнению текстовых конструктор­ских документов.Текстовые до­кументы выполняют машинописным, рукописным или типограф­ским способом. Вписывать отдельные слова, формулы, услов­ные знаки, вносить схемы и рисунки необходимо черным цветом.

Для размещения утверждающих и согласовывающих подписей к ТД рекомендуется составлять один или несколько титульных листов.

Содержание ТД разбивают на разделы и подразделы, а при большом объеме — на части. Разделы должны иметь порядковые номера, обозначенные арабскими цифрами в пределах всего документа. Подразделы в пределах каждого раздела должны иметь составные номера, первая часть которых означает номер раздела, а вторая, отделенная от первой точ­кой — номер подраздела. В пределах подраздела допускается разбивать текст на пункты и подпункты. Номер пункта должен состоять из номера раздела, подраздела и пункта, разделен­ных точками.

В документах большого объема содержание рекомендуется располагать в начале, а список литературы и документации, использованной при составлении документа в конце. Если в документе была принята специфическая терминология, то в нем необходим перечень принятых терминов с пояснениями. Сокращения слов в тексте и под иллюстрациями не допус­кается.

СХЕМНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

Схема — графическая конструкторская документация, на которой в виде условных изображений или обозначений показаны составные части изделия и связи между ними.

Схемы применяют при изучении принципа действия механизма, при­бора, аппарата при их изготовлении, наладке и ремонте, для понимания свя­зи между составными частями изделия без уточнения особенностей их конструкции. Схемы являются исходным базисом для последующего конструи­рования отдельных частей и всего изделия в целом.

Виды и типы схем.

По виду элементов, входящих в состав изделия, связей между ними и назна­чения схемы подразделяют на виды и типы.

Структурные схемы (Э1) определяют основной состав изделия и его функциональные части, их назначение и взаимосвязи. Структурные схемы используют как для построения схем других типов, так и для общего ознакомления с изделием.

Функциональные схемы (Э2) поясняют процессы, происходящие в отдельных функциональных узлах и частях изделия или в изделии в целом. Функциональными схемами пользуются для построения принципиальных схем, изучения принципа работы изделия, а также при его наладке, ремонте и экс­плуатации.

Принципиальные схемы (Э3) определяют полный состав элементов, связей между ними, дают детальное представление о принципе работы изделия. На основе принципиальных схем разрабатывают такие конструкторские документы, как схемы соединений (монтажные), чертежи конструктивных элементов, узлов, устройств.

Схемы соединений (Э4) показывают соединения составных частей изделия и определяют провода, жгуты, кабели и другие со­единительные изделия, а также места их присоединения и ввода. Схемы соединения используют при разработке конст­рукторских графических и текстовых документов, а также при ремонте и эксплуатации изделия.

Схемы подключений (Э5) показывают внешние подключения из­делия. Схемы подключений используют при монтаже изделия на месте эксплуатации, а также при его ремонте.

Общие схемы (Э6) определяют составные части комплекса и со­единения их между собой на месте эксплуатации.

Схемы расположения (Э7) устанавливают взаимное расположение отдельных составных частей комплекса, а при необходимости и соединяющих их жгутов, проводов, кабелей и т. д. Схе­мами расположения пользуются при установке и эксплуатации изделия.

Составляющие части схем:

элемент схемы — составная часть схемы, которая не может быть раз­делена на части, имеющие самостоятельное значение (микросхема, рези­стор, трансформатор и др.);

устройство — совокупность элементов, представляющая единую конструкцию (блок, модуль). Устройство может не иметь оп­ределенного функционального назначения;

функциональная группа — совокупность элементов, выполняющих определенную функцию и не объединенных в единую конструкцию;

функциональная часть — элемент, устройство или функциональная группа, имеющие строго определенное функциональное назначение;

функциональная цепь — линия, канал на схеме, указывающие на на­личие связи между функциональными частями изделия;

линия взаимосвязи — отрезок линии на схеме, указывающий на нали­чие связи между функциональными частями изделия;

линия электрической связи — линия на схеме, указывающая путь про­хождения тока, сигнала и др.

При проектировании схем следует придерживаться правил, изложенных в соответствующих стандартах ЕСКД. В них устанавливаются условные графические обозначения элементов схем, требования к вычерчиванию связей между элементами, правила помещения различных технических данных на услов­ные графические обозначения и т. д. Так, для схем цифро­вой техники схемы электрические выполняются по правилам, установлен­ным Государственными стандартами с использованием условных графических обозначений (УГО).

Государственные стандарты ЕСТД устанавливают единые правила и положения по порядку разработки, оформ­ления и обращения технологической документации, разрабатываемой и применяемой на предприятиях всех отраслей промышленности страны.

Технологические документы (ТД) — текстовые и графические доку­менты, в отдельности или в совокупности определяющие порядок изготов­ления изделия, проведения процессов и содержащие необходимые данные для контроля и приемки изделий.

Виды и правила проектирования ТД определяются видом производст­ва, на котором будут изготовляться или ремонтироваться изделия. В машино- и приборостроении в зависимости от назначения производство можно разделить на основное (товарной продукции), вспомогательное (средств, необходимых для обеспечения основного производства) и опытное (опытных образцов, партий и серий изделий).

По типу — производства разделяются на единичное, серийное и массовое. По организации — на поточное, групповое и установившееся. По уровню применяемых средств автоматизации и механизации — на автоматизированное и механизированное.

По виду или признаку применяемого метода для изготовления (ремонта) изделия различают: литейное, прессовое, механообрабатывающее, термическое, сборочное, сварочное, гальваническое, лакокрасочное, полупроводниковое, вакуумное и другие производства.

Стадии разработки технологической документации определяются этапами разработки КД на изде­лие. На конструкторском этапе «Техническое предложение» ТД не разраба­тывается, на этапах «Эскизный проект» и «Технический проект» ТД разрабатывается как «Предварительный проект». В отдельных отраслях промышленности существует «Директивная технологическая до­кументация», предназначенная не для изготовления, а для выполнения предварительных расчетов различного рода задач (инженерно-технических, планово-экономических, организационных) в целях определения возможно­сти размещения соответствующего заказа на том или ином предприятии.

Так как объем ТД при производстве изделий достаточно велик, все виды технологических документов классифицируют по назначению, носи­телю информации, виду вносимой информации, по принципу построения и специализации (рис. 5.1).

Основные технологические документы содержат различную инфор­мацию:

· о комплектующих составных частях изделия и применяемых материалах;

· о действиях, выполняемых исполнителями при проведении техноло­гических процессов и операций;

· о средствах технологического оснащения производства;

· о наладке средств технологического оснащения и применяемых данных по технологическим режимам;

· о расчете трудозатрат, материалов и средств технологического ос­нащения;

· о технологическом маршруте изготовления и ремонта;

Основные технологические документы используют, как правило, на рабочих местах. Вспомогательные технологические документы разрабаты­вают с целью улучшения и оптимизации организации работ по технологиче­ской подготовке производства. Производные технологические документы применяют для решения задач, связанных с нормированием трудозатрат, выдачей и сдачей материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий.

Различают следующие виды технологических документов:

· ведомость технологических маршрутов (ВТМ) — сводная информация по технологическому маршруту изготовления изделия и его составных частей;

· ведомость материалов (ВМ) — сводные подетальные нормы расхода материалов на изделие;

· ведомость специфицированных норм расхода материалов (ВСН) — сводные данные по специфицированным нормам расхода материалов на изделие;

· ведомость удельных норм расхода материалов (ВУН) — удельные нормы расхода материалов, применяемых при выполнении процессов на покрытия;

· ведомость применяемости деталей (сборочных единиц) в изделии (ВП) — указания о применяемости деталей (сборочных единиц) в изделии;

· ведомость применяемости стандартных, покупных, оригинальных деталей и сборочных единиц (ВП/СОП) — то же, что и ВП;

· ведомость сборки изделия (ВП/ВСИ) — порядок сборки изделия с учетом очередности входимости составных частей и их количества;

· технологическая ведомость (ТВ) — указания по группированию де­талей и сборочных единиц по конструкторско-технологическим;

· ведомость технологических документов (ВТД) — полный состав тех­нологических документов, применяемых при изготовлении изделия;

· ведомость оснастки (ВО) — полный состав технологической оснаст­ки, применяемой при изготовлении (ремонте) изделия;

· ведомость оборудования (ВОБ) — полный состав оборудования, при­меняемого при изготовлении (ремонте) изделия;

· технологическая инструкция (ТИ) — описание повторяющихся приемов работы, действий по наладке и настройке средств технологическо­го оснащения, приготовлению растворов, электролитов, смесей и др., а так­же отдельных типовых и групповых технологических процессов (операций);

· маршрутная карта (МК) — сводные данные по составу применяемых операций, оборудованию, технологических документов и по трудозатратам на технологический процесс;

· операционная карта (ОК) — описание единичных тех­нологических операций;

· паспорт технологический (ТП) — комплекс процедур по выполнению технологических операций исполнителями, технологическому контролю, контролю представителями заказчика или госприемки;

· журнал контроля технологического процесса (ЖКТП) — предназначен для контроля параметров технологических режимов, применяемых при вы­полнении операций на соответствующем оборудовании, и др.

ТРЕБОВАНИЯ К РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЕ

ПО УСЛОВИЯМ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Условия эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры и измерительно-вычислительных систем, особенно в геологии, имеют различную природу и изменяются в весьма широких пределах. Факторы, воздействующие на приборы и в определенной мере ограничивающие работоспособность аппаратуры, разделяют на климатические, механические и радиационные.

К климатическим факторам относят: изменение температуры и влажности окружающей среды, тепловой удар, атмосферное давление, присутствие агрессивных веществ и озона в окружающей среде, солнечное облучение, грибковые образования (плесень), наличие микроорганизмов, насекомых и грызунов, взрывоопасность и воспламеняемость атмосферы, водные воздействия (дождь, брызги).

К механическим факторам относят вибрацию, механические и акустические удары, линейные ускорения.

К радиационным факторам относят все виды космической, естественной и искусственной радиации.

Эти факторы принято называть дестабилизирующими факторами. Каждый из них может проявлять себя и независимо от остальных, и в совместном действии с другими факторами той или другой группы.

Так как РЭА принадлежит, как правило, к классу человеко-машинных систем, то большое влияние на работоспособность аппаратуры оказывает и субъективный человеческий фактор. Квалификация специалистов сказывается на качестве работы РЭА на всех этапах ее жизненного цикла.

Климатические факторы. Нормальными климатическими условиями являются: температура 25±10 °С, относительная влажность 45…80 %, атмосферное давление 83-106 кПа (630…800 мм рт. ст.), отсутствие активных веществ в окружающей атмосфере.

Совокупность воздействующих на конструкцию РЭА кли­матических факторов и их характеристики определяются климатичес­кой зоной, в которой она эксплуатируется. Весь земной шар разделен на семь климатических зон, климат которых определяется как очень холодный, холодный, умеренный, тропически влажный, тропически сухой, умеренно холодный морской и тропический морской.

Очень холодный регион располагается в Антарктиде, средняя мини­мальная температура ниже -60 °С (рекорд -88,3 °С). Особенностью региона является сочетание низких температур с сильным ветром.

В холодную зону включены большая часть России и Канады, Аляска, Гренландия. Средняя минимальная температура здесь достигает -50 °С, го­довой перепад температур достигает 80 °С, средне­суточный до 40 °С. Особенностью этой климатической зоны является высокая прозрачность атмосферы, что благоприятно для ионизации воздуха и, как следствие, накоплению на поверхности аппаратуры статиче­ского электричества. Характерным также является обледенение, иней, ветер со снежной пылью.

В умеренный климатический регион включены часть территории Рос­сии, большая часть Европы, США, прибрежные территории Австралии, Южной Африки и Южной Америки. Для него характерно годовое измене­ние температур от -35 до 35 °С, образование инея, выпадение росы, нали­чие тумана, изменение давления воздуха от 86 до 106 кПа.

Влажная тропическая зона располагается вблизи экватора и включает большую часть Центральной и Южной Америки, среднюю часть Африки, Юг Индии, Индонезию, часть Юго-Восточной Азии. Для этой зоны харак­терны среднегодовые температуры 20… 25 °С с перепадом температуры за сутки не более 10 °С. Высокая влажность и повышенная концентрация солей (особенно вблизи побережья морей и океанов) делает атмосферу этой зоны коррозионно-агрессивной. Благоприятное сочетание температуры и влажности способствует существованию более 10000 видов плесневых грибков.

К зоне с сухим тропическим климатом относят северную часть Афри­ки, центральную Австралию, засушливые районы Средней Азии, Аравий­ский полуостров, часть Северной Америки. Этот регион характеризуется высокими температурами (до 55 °С), низкой влажностью, интенсивным солнечным излучением (до 1500 Вт/м²), высоким содержанием пыли и песка в атмосфере с абразивным и хими­ческим воздействием на аппаратуру.

Умеренно холодная морская зона включает моря, океаны и прибреж­ные территории, расположенные севернее 30° северной широты и южнее 30° южной широты. Остальная часть морей, океанов и прибрежных терри­торий относится к тропически морской зоне. Климат морских зон отличает­ся сравнительно небольшими суточными перепадами температур, наличием высокой влажности и значительной концентрацией хлоридов в атмосфере.

Учитывая специфику каждой из климатических зон, РЭА наземного ба­зирования, предназначенная для работы в тропических зонах, должна быть изготовлена в соответствующем исполнении, что отмечается в документа­ции индексом Т. РЭА, устанавливаемая на судах имеет обозначение ОМ. РЭА, пригодная для эксплуатации на суше и на море, имеет индекс В.

Температурные условия влияют на место уста­новки РЭА, расположение источников внешнего подогрева, выделение тепла активными элементами внутри. Необходимо обеспечивать, чтобы температура нагрева чувстви­тельных к температуре радиоэлементов находилась в допустимых пределах. Кроме того, для многих конструктивных материа­лов характерно теп­ловое старение.

Работоспособность РЭА определяется температурным диапазоном работы, в котором РЭА должна выполнять заданные функции в рабочем состоянии. Для исключения выхода из строя РЭА в процессе хранения и транспортирования в нерабочем состоянии необходимо, чтобы она выдерживала температуры, большие рабочего диапазона. Эти предельные температуры характеризуют тепло- и холодопрочность конструкции РЭА.

Тепловой удар – это резкое изменение температуры окружающей среды, при котором время изменения температуры исчисляется минутами, а ее перепад — десятками градусов. Наиболее сильно тепловой удар проявляется в элементах конструкции, где имеются локальные механические напряжения, способствуя образованию микротрещин.

Влажность — один из наиболее агрессивных воздействующих факторов, проявляющий себя при погружении аппаратуры в воду, воздействии капель дождя и брызг, водяных паров, образовании росы и инея. Адсорбция воды на поверхности элементов РЭА способствует коррозии металлических деталей, старению неметаллов, изменению электроизоляционных характеристик изоляторов. Способность воды смачивать поверхность и проникать в поры материалов и микротрещины увеличивается с по­вышением температуры.

Вода в атмосфере всегда загрязнена активными веще­ствами — углекислыми и сернистыми солями кальция, магния, железа, хло­ристым кальцием, газами — что способствует проявлению кор­розии. Выпадение росы на поверхность аппаратуры происходит при опреде­ленной температуре (точка росы), значение которой зависит от относитель­ной влажности атмосферы:

Относительная влажность, % ……… 100 80 60 40 20

Точка росы, °С ……………………… 15,5 12,1 7,8 2,0 -6,6

Давление воздушной среды и диапазон его изменения зависит от высоты над уровнем моря места, где эксплуатируется РЭА. На высоте 5 км давление воздуха может падать до 40 кПа, при этом ухудшается отвод тепла конвективным теп­лообменом, уменьшается электрическая прочность воздуха, повышается ионизация воздуха и образование химически активных ионов и радикалов. Содержание влаги в атмосфере с ростом высоты уменьшается. Температура в тро­посфере (80 % всей воздушной массы) убывает в среднем на 6 град на каждом километре.

Атмосферная пыль содержит углекислые и сернокислые соли и хлориды, которые, взаимодей­ствуя с влагой, ускоряют процессы коррозии, способствует утечке зарядов и может вызвать пробой между контактами с высоким потенциалом. Стандар­тами определены три уровня концентрации пыли: 0,18; 1,0; 2,0 г/м3.

Грибковые образования (плесень) относят к низшим растениям, не имеющим фотосинтеза. Они выделяют лимонную, уксусную, щавелевую кислоты и другие химические вещества, под действием которых ухудшаются электроизоляционные свойства полимерных материа­лов. Защита от этих образований обязательна для аппаратуры тропической зоны.

Механические факторы. В процессе транспортирования и эксплуатации РЭА подвергается воз­действию вибраций, в основном, от внешних источников колеба­ний. Особо опасны вибрации, частота которых близка к собственным часто­там колебаний узлов и элементов конструкции. Свойство аппаратуры про­тиводействовать их влиянию характеризуется вибропрочностью и вибро­устойчивостью. Виброустойчивость определяет способность РЭА выполнять заданные функции во включенном состоянии в условиях воздействия виб­раций. Вибропрочность характеризует способность противостоять разрушающему воздействию вибрации в не­рабочем состоянии и нормально работать после снятия вибрационных нагрузок. Воздействующие на конструкцию РЭА вибрации характеризуются диапазоном частот и величиной ускорения (в единицах g).

Явление удара в конструкции РЭА возникает при быстрых изменениях ускоре­ния. Удар характеризуется ускорением, длительностью и числом ударных импульсов. Различают удары одиночные и многократные. Линейное ускорение характеризуется ускорением (в единицах g) и длительностью воздействия.

При воздействии вибрации и ударных нагрузок на элементы конст­рукции РЭА в них возникают статические и динамические деформации, так как любой элемент конструкции представляет собой колебательную систе­му, имеющую сосредоточенную и распределенную нагрузку. Ударно-вибрационные нагрузки воздействуют на элементы конструкции РЭА через их точки крепления. Эффективность воздействия определяется также положением элементов относительно его на­правленности. Детали крепления элементов в определенной мере являются демпферами, ослабляющими действие источника вибраций.

Акустический шумот внешних источников характеризуется давлением звука, мощно­стью колебаний источника звука, силой звука, спектром звуковых частот. Акустический шум подвергает механическим нагрузкам практически в равной степени все элемен­ты конструкции. При прочих равных условиях действие акустического шума более разрушительно, чем действие ударно-вибрационных нагрузок.

Все более расширяющиеся сферы применения РЭА ужесточают требования к устойчи­вости их конструкции воздействию механических факторов.

Радиационные факторы. Радиационное воздействие вызывает как немедленную, так и накапли­вающуюся реакцию элементов, составляющих конструкцию РЭА. Среди существующих видов излучений наибольшую опасность представляют элек­тромагнитные излучения и ионизирующие частицы высоких энергий.

Полный спектр электромагнитных излучений охватывает диапазон длин волн от десятков тысяч метров до тысячных долей нанометра. Наибо­лее значимое воздействие на РЭА оказывают гамма- и рентгеновское излучение (длина волн менее 10 нм). Эти виды излучения обладают зна­чительной проникающей и ионизирующей способностью.

Существенное воздействие на конструкцию РЭА могут также оказывать заряжен­ные частицы: альфа, бета и протоны, а также нейтроны, обладающие вы­сокой проникающей способностью.

Наиболее устойчивы к воздействию облучения металлы. Наи­меньшей радиационной стойкостью обладают магнитные материалы и электро­технические стали. Некоторые металлы, например марганец, цинк, молибден и др., после облучения нейтронами сами становятся радиоактивными. Воздействие излучения на полимеры приводит к разрушению межмо­лекулярных связей, образованию зернистых структур и микротрещин. В ре­зультате полимерные детали теряют эластичность, становятся хрупкими.

Наименее стойкими к облучению являются полупроводниковые приборы и интеграль­ные микросхемы. Необратимые дефекты в полупроводниках приводят к потере выпрямительных свойств диодов, транзисторы всех типов при облучении теряют усилительные свойства, в них возрастают токи утечки, пробивное напряжение снижается. Их радиационная стойкость составляет 10¹²…10¹⁴ нейтронов/см² при облучении нейтронами и 10⁴…10⁷ рад при гамма-облучении.

В интегральных микросхемах (МС) при облучении существенно изме­няются характеристики вследствие изменения параметров входящих в них ре­зисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов. Так же изменяются изолирую­щие свойства разделительных p-n-переходов, возрастают токи утечки, появля­ются многочисленные паразитные связи между элементами структуры микросхем, что в результате приводит к нарушению их функционирования.

Объекты и методы использования аппаратуры. Характер и интенсивность воздействия внешних дестабилизирующих факторов зависят от методов использования и объекта установки радиоэлектронной аппаратуры. По виду объекта установки РЭА можно разде­лить на три группы: стационарные, транспортируемые и портатив­ные, техническое регламентирование которых приведено на рисунке.

Стационарная РЭА — это аппаратура, эксплуатируемая в отапливае­мых и неотапливаемых помещениях, помещениях с по­вышенной влажностью, на открытом воздухе, в производственных цехах. Условия эксплуатации и транспортирования такой аппара­туры характеризуются весьма широким диапазоном рабочих (-50… 50 °С) и предельных (-50… 65 °С) температур, влажностью до 90…98 %, вибрацией до 120 Гц при 4…6 g, наличием многократных (до 5 g) и одиночных (до 75 g) ударов, воздействием дождя до 3 мм/мин и соляного тумана с дис­персностью капель до 10 мкм и содержанием воды до 3 г/м³.

Транспортируемая РЭА — это аппаратура, устанавливаемая и экс­плуатируемая на автомобилях и автоприцепах, железнодорожном и гусе­ничном транспорте, на судах различных классов, на борту самолетов и вертолетов. Специфика работы этого вида аппарату­ры предопределяет повышенное воздействие механических факторов. Каж­дый вид транспорта имеет собственные вибрационные характеристики. Для предупреждения повреждения аппаратуры необхо­димо, чтобы вся она и отдельные ее части имели собственные частоты колебаний вне диапазона частот вибрации транспортного средства.

На РЭА, установленную на автомобильном транспорте, могут воздей­ствовать вибрация частотой до 200 Гц и удары, вызванные неровной доро­гой. При движении железнодорожного транспорта возможны внезапные толчки (при маневрировании — удары с ускорением до 40 g). Биение колес о стыки рельсов вы­зывают вибрацию с частотой до 400 Гц при ускорении до 2 g. Особо жест­ким воздействиям подвергается конструкция РЭА, эксплуатируемая на гусе­ничном транспорте. Здесь вследствие «стука» гусениц частота вибраций может доходить до 7000 Гц с амплитудой ±0,025 мм. Кроме того, постоянно воздей­ствие акустического шума.

РЭА в морском исполнении устанавливаются на больших сравнительно тихоходных кораблях и малых быстроходных судах. Характерными усло­виями работы является наличие вибраций, ударных нагрузок и агрессивной (морской) атмосферы. Вибрация на судне вызывается работой винтов, гребного вала, двигателей и гидродинамическими силами при движении судна по неспокойному морю. Диапазон частот вибраций на кораблях обычно не превышает 25 Гц с небольшой амплитудой вибраций.

На самолетах электронная аппаратура на­ходится, как правило, в фюзеляже. При этом на нее воздействуют вибраци­онные нагрузки частотой до 500 Гц с амплитудой до 10 мм и акустический шум, уровень которого достигает 150 дБ при частоте 50… 10000 Гц.

Портативная РЭА включает аппаратуру и специализированные вычислители, находящиеся в распоряже­нии геолога, геофизика, топографа, строителя, и др. Сюда же мож­но отнести и переносную радиоприемную и передающую аппаратуру. Условия работы портативной РЭА должны соответствовать зоне ком­форта человека, которая характеризуется температурой окружающей среды 18…24 °С, уровнем акустического шума 70…85 дБ, влажностью 20…90 % и высотой над уровнем моря до 3000 м. Если температура становится меньше -17 °С или выше 43,5 °С, уровень шума достигает 120 дБ, влажность со­ставляет меньше 1 %, а высота над уровнем моря больше 6000 м, то счита­ется, что такие условия превышают физиологические возможности челове­к, но предельные условия для перемещения аппаратуры могут быть много выше. С точки зрения физических возможностей человека портативная аппаратура делится на легкую (до 29 кг для мужчин и до 16 кг для женщин), среднюю (соответственно до 147 кг и 80 кг) и тяжелую (до 390 кг и до 216 кг). На портативную аппаратуру может воздействовать вибрация частотой до 20 Гц с ускорением до 2 g и удары до 10 g при длительности 5… 10 мс. Различают и специальные виды РЭА, эксплуатируемые, например, в условиях химического производства. Для них характерны сверхбольшие значения одного — трех внешних факторов, на устойчивость к которым и проектируется конструк­ция такой РЭА.

Каждой из групп аппаратуры соответствует совокупность кли­матических и механических факторов, которой она должна соответствовать.

Требования, предъявляемые к конструкции Эс

Вновь разрабатываемые схемы должна отвечать тактико-тех­ническим, конструктивно-технологическим, эксплуатационным, надежностным и экономическим требованиям. Все эти требо­вания взаимосвязаны, и оптимальное их удовлетворение пред­ставляет собой сложную инженерную задачу.

Тактико-технические требования.Эти требования обычно содержатся в техническом задании на аппаратуру и включают в себя такие характеристики, как вид измеряемой физической величины, диапазон измерений, точность измерений, быстродействие, объем памяти для регистрации данных, точность выполнения вычислительных операций и т. д.

В основном данные требования удовлетворяются на ранних этапах разработки аппаратуры, когда определяются состав изделия, его структура, математическое обеспечение, основные требования к отдельным устройствам.

Конструктивно-технологические требования.К этим требо­ваниям относят: обеспечение функционально-узлового принципа построения конструкции РЭА, технологичность, минимальную номенклатуру комплектующих изделий, минимальные габариты и массу, меры защиты от воздействия клима­тических и механических факторов, ремонтоспособность.

Функционально-узловой принцип конструирования заключается в разбиении принципиальной схемы изделия на такие функционально законченные узлы, ко­торые могут быть выполнены в виде идентичных конструк­тивно-технологических единиц. Применение этого принципа конструирования позволяет автоматизировать процессы изго­товления и контроля конструктивных единиц, упростить их сборку, наладку и ремонт.

Технологичность конструкции в сущест­венной степени определяется рациональным выбором ее струк­туры, которая должна быть разработана с учетом автономного, раздельного изготовления и наладки основных элементов, узлов, блоков. Конструкция РЭА тем более технологична, чем меньше доводочных и регулировочных операций приходится выполнять после окончательной сборки изделий.

Понятие технологичности тесно связано с понятием эко­номичности воспроизведения в условиях производства. Наибо­лее технологичные конструкции, как правило, и наиболее экономичны не только с точки зрения затрат материальных ресурсов и рабочей силы, но и с точки зрения сокращения сроков освоения в производстве. Для них обычно характерны взаимозаменяемость, регулируемость, контролепригодность, инструментальная доступность элементов и узлов.

В технологичной конструкции должны максимально ис­пользоваться унифицированные, нормализованные и стандарт­ные детали и материалы. Аппаратура считается также более технологичной, если в ней предусматривается минимальная номенклатура комплектующих изделий, материа­лов, полуфабрикатов.

Необходимость разработки для изделий новых материалов с улучшенными свойствами или новых техноло­гических процессов определяется технико-экономическим эффек­том их использования в данной аппаратуре.

Конструкция РЭА, и ГИП в особенности с учетом условий ее эксплуатации, должна иметь минимальные габариты и массу, что особенно важно для бортовой аппаратуры, где ее объем и масса ограничиваются размерами и мощностью летательного аппарата, и для переносных (носимых) приборов, предназначенных для производства измерений в полевых условиях, в шахтах и горных выработках.

В конструкции аппаратуры необходимо предусматри­вать меры защиты от воздействия климатических и механи­ческих факторов, состав и значение которых определяются объектом, где будет эксплуатироваться разрабатываемая РЭА.

К числу важных характеристик конструкции РЭА следует также отнести ремонтоспособность — качество конструкции к восстановлению работоспособности и поддержанию заданной долговечности. Для повышения ремонтоспособности в конструкции предусматривают:

а) доступность ко всем конструктивным эле­ментам для осмотра и замены без предварительного удаления других элементов;

б) наличие контрольных точек для под­соединения измерительной аппаратуры при настройке и контроле за работой аппаратуры;

в) применение быстросъемных фиксаторов и т. д.

Конструкция аппаратуры тем ремонтоспособнее, чем мень­шую конструктивную единицу она позволяет оперативно за­менять.

Эксплуатационные требования.К эксплуатационным требо­ваниям относят: простоту управления и обслуживания, различные меры сигнализации опасных режимов работы (выход из строя, обрыв заземления и т. д.), наличие аппаратуры, обеспечивающей профилактический контроль и наладку кон­структивных элементов (стенды, имитаторы сигналов и т. д.). В последнее время развивается направление построения систем высокой надежности и живучести, имеющих в своем составе средства самодиагностики и автореконфигурации системы.

С эксплуатационными требованиями тесно связаны требования обеспечения нормальной работы оператора. Важна также такая организация органов управления РЭА, которая бы отвечала современным эргономическим требованиям и требо­ваниям инженерной психологии.

Требования по надежности.Данные требования включают в себя обеспечение:

1) вероятности безотказной работы,

2) наработки на отказ,

3) среднего времени восстановления работоспособности,

4) долговечности,

5) сохраняемости.

Вероятность безотказной работы есть вероятность того, что в заданном интервале времени при заданных режимах и условиях работы в аппаратуре не произойдет ни одного отказа.

Наработкой на отказ называют среднюю продолжительность работы аппаратуры между от­казами.

Среднее время восстановления работоспособности определяет среднее время на обнаружение и устранение одного отказа. Эта характеристика надежности является также важным эксплуатационным параметром.

Долговечностью прибора называют продолжительность его работы до полного износа с необхо­димыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Под полным износом при этом понимают состояние аппаратуры, не позволяющее ее дальнейшую эксплуатацию.

Сохраняемость аппаратуры — способность сохранять все технические характерис­тики после заданного срока хранения и транспортирования в определенных условиях.

Экономические требования.К экономическим требованиям относят:

1) минимально возможные затраты времени, труда и материальных средств на разработку, изготовление и эксплуа­тацию изделия;

2) минимальную стоимость аппаратуры после освоения в производстве.

Тесная связь предъявляемых к аппаратуре требований приводит к тому, что стремление максимально удовлет­ворить одному из них ведет к необходимости снизить зна­чение других. Так, желание увеличить надежность вве­дением структурной избыточности неизбежно влечет за собой увеличение габаритов, массы, мощности потребления, стои­мости. В данном случае выходом служит дальнейшее повышение степени интеграции микросхем.

Соотношение между различными требо­ваниями может быть установлено исходя из типа, назначения и характера эксплуатации проектируемых изделий.

Для больших универсальных ГИВС наиболее важное тре­бование — обеспечение максимального быстродействия, посколь­ку оно в существенной степени определяет их производи­тельность. Наименее важное требование — обеспечение неболь­ших габаритов и массы.

Для универсальных встраиваемых приборов наиболее важные требования — высокая надежность и малая стоимость в серийном про­изводстве.

Приборы для массового потреб­ления должны, прежде всего, иметь малую стоимость. Дости­жение высокого быстродействия для этого класса приборов — желательное, но не обязательное требование. Обычно стремятся достичь относительного высокого быстродействия, доступного в определенной ценовой категории.

Бортовые изделия должны обладать высокой степенью надежности. При этом стоимость приборов в некоторых случаях не имеет существенного значения.

ЗАЩИТА ОТ КЛИМАТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ СРЕДЫ [1]

Выше рассматривались основные климатические факторы, оказывающие влияние на работоспособность РЭА в процессе ее эксплуатации. При этом отмечалось, что вид воздействующего фактора, а также его интенсивность и степень влияния зависят от типа климатической зоны и высоты над уровнем моря.

Рассмотрим основные направления воздействия климатических факторов и меры борьбы с ними.

Влияние климатических факторов на конструкцию. Влияние климатических факторов на конструкционные материалы выражается главным образом в возникновении процессов коррозии, потере механических и диэлектрических свойств, изменении электропроводности. Реакция на воздействующий фактор, степень и скорость изменения свойств конструкционного материала в зависимости от его состава различны. Процесс коррозии у металлов имеет химическую или электрохимическую природу, но причина в этих случаях одинакова: переход металла в более стабильное природное состояние. Процесс коррозии связан с отдачей энергии, что указывает на самопроизвольный ход реакции, без затраты энергии извне. Процесс химической коррозии протекает без участия влаги. При электрохимической коррозии растворение металла и возникновение новых соединений происходит с участием электролита, т. е. воды.

Различают три вида коррозии: равномерную, неравномерную и межкристаллическую. При равномерной коррозии процесс распространяется постепенно от отдельных коррозирующих мест по всей поверхности металла. Неравномерная коррозия ограничивается отдельными местами и возникает, например, вследствие нарушения защитного покрытия. Коррозия межкристаллическая характеризуется проникновением в глубь металла путем разрыва структуры и распространением вдоль границ кристаллов. Наличие в атмосфере кислот, щелочей, солей ускоряет процессы коррозии.

Воздействие агрессивной атмосферы на изоляционные материалы выражается в поглощении ими влаги, ухудшении диэлектрических свойств и постепенном разрушении. Изоляционных пластмасс, не поглощающих влаги, не существует. Количество проникшей влаги и время ее проникновения неодинаковы для различных материалов. Проникновение влаги в изоляционные материалы может быть капиллярное и диффузионное.

Капиллярное проникновение имеет место в случае наличия в материале грубых микроскопических пор, трещин и других дефектов. Так как в микроэлектронике применяют только высококачественные изоляционные материалы, то они практически свободны от таких дефектов.

Существенно большее значение имеет процесс диффузионного проникновения, который заключается в заполнении промежутков между молекулами материала молекулами воды. При этом перемещение молекул воды происходит в сторону меньшей их концентрации. При повышенной влажности молекулы воды проникают внутрь материала (поглощение влаги), а в сухой теплой атмосфере — из материала (высыхание). Поглощение влаги диэлектриком ведет к уменьшению его сопротивления, увеличению диэлектрических потерь, набуханию, механическим повреждениям.

Плесневые грибки, как один из сильнейших биологических факторов, также могут отрицательно воздействовать на работоспособность аппаратуры. Для развития плесени необходимы большая относительная влажность воздуха (80 — 100%) и температура 25 — 37°С. Такие условия естественны для стран с тропическим влажным климатом, однако они могут возникнуть искусственно в помещениях, где эксплуатируется аппаратура.

Среди материалов, применяемых в радиоэлектронной аппаратуре, наибольшее воздействие плесень оказывает на те, которые имеют органическую основу, и, в частности, на изоляционные материалы проводных соединений.

Защитные покрытия. Для защиты поверхности металлических и неметаллических материалов от агрессивной внешней среды применяют различные покрытия, которые по назначению делят на три группы: защитные, защитно-декоративные и специальные.

Защитные покрытия предназначены для защиты деталей от коррозии, старения, высыхания, гниения и других процессов, вызывающих выход аппаратуры из строя.

Защитно-декоративные покрытия наряду с обеспечением защиты деталей придают им красивый внешний вид.

Специальные покрытия придают поверхности деталей особые свойства или защищают их от влияния особых сред.

По способу получения все покрытия разделяют на металлические и неметаллические.

Металлические покрытия – покрытия, нанесенные горячим способом, гальванические, диффузионные и металлические на диэлектриках.

Неметаллические покрытия – покрытия лаками, эмалями, грунтовками, а также противокоррозионное покрытие пластмассами.

Выбор того или иного вида покрытия в каждом конкретном случае зависит от материала детали, ее функционального назначения и условий эксплуатации.

Для борьбы с плесневыми грибками применяют три способа:

Способ 1 — использование материалов, не склонных к образованию на них плесени (применение этого метода ограничивается возможностями выбора материалов).

Способ 2 — изменение внутреннего климата в аппаратуре, имеющее цель лишить плесневые грибки благоприятной базы для развития (здесь главным образом требуется принимать меры к снижению влажности воздуха, так как саморазогрев как отдельных микросхем, так и полностью всей аппаратуры лишает грибки благоприятной температуры).

Способ 3 — добавление в состав лака или эмали, которыми покрывают поверхность деталей, специальных химических веществ — фунгицидов.

Герметизация элементов, узлов, устройств или всего прибора. При этом способе защиты в зависимости от степени чувствительности тех или иных элементов или узлов к воздействию агрессивной среды и от их конструктивных особенностей применяют различные способы герметизации, отличающиеся как методом исполнения, так и сложностью и стоимостью.

Известны способы герметизации с помощью изоляционных материалов и непроницаемых для газов оболочек.

Пропитка изделий состоит в заполнении имеющихся в них каналов электроизоляционным материалом. Одновременно с заполнением каналов при пропитке на всех элементах конструкции образуется тонкий изоляционный слой, защищающий от воздействия агрессивной среды. Одновременно с защитными функциями пропиточный материал повышает электрическую прочность изделия, скрепляет механически его отдельные элементы, во многих случаях улучшает теплопроводность. Пропитку осуществляют погружением изделий в жидкий изоляционный материал. После извлечения изделия материал отвердевает. Процесс отверждения может происходить при нормальной температуре или с внешним подогревом. При использовании полимеризующихся пропиточных материалов необходимо применять специальные ускорители.

При герметизации заливкой все свободные полости в изделии, в том числе и пространство между элементами и корпусом, заливают электроизоляционным материалом, который после отверждения образует достаточно толстый защитный слой. Заливку изделия можно производить в его постоянном корпусе или использовать для этого специальные разъемные формы, которые после отверждения материала удаляются.

Герметизация обволакиванием по технике исполнения аналогична операции пропитки, однако здесь используют вязкие изоляционные материалы, обладающие хорошей адгезией к элементам изделия. Слой материала, образующегося на поверхности деталей, сравнительно толст (от долей до нескольких миллиметров) и надежно защищает их от воздействия агрессивной среды.

Защита изделий непроницаемыми для газов оболочками — наиболее совершенный способ защиты узлов и устройств РЭА, так как кроме эффективной защиты он может обладать возможностью разгерметизации в производственных условиях и при эксплуатации для выполнения ремонта изделий.

Условия нормальной работы изделий, защищенных вакуумно-плотной герметизацией, зависят не только от качества герметизации, но и от защиты от агрессивных компонентов, входящих в материалы и среду защищаемого объема. Выделение свободных молекул воды и других агрессивных веществ в герметизированном объеме изделия может свести к минимуму эффективность вакуумно-плотной герметизации. При разработке герметичных корпусов следует учитывать условия эксплуатации и, прежде всего, изменение барометрического давления, внешние механические воздействия и возможные перепады температуры.

Вакуумно-плотная герметизация может быть выполнена с неразъемными и разъемными швами. Первую используют для защиты малогабаритных узлов и устройств, вторую — для сравнительно больших блоков, требующих профилактической проверки и нуждающихся в смене ее отдельных элементов.

Неразъемные герметичные конструкции делают со швами, выполняемыми пайкой, сваркой, заливкой, склеиванием или замазкой специальными компаундами (герметиками). В разъемных герметичных конструкциях между соединяемыми деталями помещают эластичную прокладку, а в герметизируемый объем – влагопоглотитель, например силикагель. Условие непроницаемости такого герметичного соединения — сохранение во все время его службы контактного давления между прокладкой и соединяемыми поверхностями. Применяют металлические (из свинца, красной меди) и неметаллические (резиновые) прокладки. При стягивании винтами металлические прокладки деформируются при превышении предела текучести. При использовании резиновых прокладок уплотнение достигается действием остаточных упругих деформаций.

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ АППАРАТУРЫ

Тепловой режим блока характеризуется совокупностью температур отдельных его точек — температурным полем. Температурный режим создается как внешним температурным воздействием окружающей среды, так и тепловой энергией, выделяемой радиоэлементами самой аппаратуры. В зависимости от стабильности во времени тепловой режим может быть стационарным или нестационарным.

Неизменность температурного поля во времени характеризует стационарный режим. Зависимость температурного поля от времени характерна для нестационарного режима. Этот режим имеет место в тех случаях, когда собственная теплоемкость аппарата соизмерима с количеством теплоты, выделяемой при работе. Обычно нестационарный режим имеет место при одиночных и кратковременно повторяющихся тепловых нагрузках.

По характеру направленности теплового потока разделяют термоактивные и термопассивные элементы. Термоактивные элементы служат источниками тепловой энергии, а термопассивные – ее приемниками.

Настоящее и будущее аппаратуры связано с использованием достаточно больших мощностей в сравнительно малых объемах. Это приводит к резкому увеличению плотности мощности рассеяния, а, следовательно, и плотности рассеиваемой теплоты. Поэтому при конструировании аппаратуры особое значение приобретает разработка методов отвода теплоты, регулирования и контроля температуры.

Если температура в любой из точек блока не выходит за допускаемые пределы, то такой тепловой режим называется нормальным.

Нормальный тепловой режим — это режим, который при изменении в определенных пределах внешних температурных воздейст­вий обеспечивает изменение параметров и характеристик конструкции, компонентов, материалов в пределах, указанных в технических условиях на них. Высокая надежность и длительный срок службы изделия будут гаран­тированы, если температура среды внутри РЭА является нормальной и рав­ной 20-25 °С. Изменение температуры от­носительно нормальной на каждые 10 °С в любую сторону уменьшает срок службы аппаратуры приблизительно в 2 раза. Обеспечение нормального теплового режима приводит к усложнению конструкции, уве­личению габаритов и массы, введению дополнительного оборудования, за­тратам электрической энергии.

Охлаждение аппаратуры. Передача теплоты от нагретой аппаратуры в окружающую среду осуществляется кондукцией, конвекцией и излучением.

Кондукция—процесс переноса тепловой энергией между находящимися в соприкосновении телами или частями тел за счет теплопроводности тел.

Конвекция — перенос энергии макрочастицами газа или жидкости.

Перенос теплоты излучением происходит за счет превращения тепловой энергии в энергию излучения (лучистая энергия).

В реальных условиях теплообмен осуществляется одновременно двумя или тремя видами, что делает проблематичным точный расчет температурного поля. Поэтому на практике расчет проводится, как правило, для наиболее эффективного вида теплообмена, который принимается для данного блока, прибора, системы за основной. Для стационарной аппаратуры используются в основном способы охлаждения теплопроводностью, воздушное естественное и принудительное, а также принудительное воздушное с дополнительным охлаждением жидкостью в трубопроводах. При высоких требо­ваниях к стабильности параметров схем применяют термостатирование узлов и блоков.

Теплоотвод кондукцией. С увеличением плотности компоновки РЭА большая доля теплоты уда­ляется кондукцией, т.е. передачей тепловой энергии от нагретого элемента к элементу с меньшей температурой. Для улучшения условий отвода теплоты от тепловыделяющих элементов в конструкции применяют тепловые разъемы, теплоотводящие шины, печатные платы на металлической основе и т. д. Для увеличения эффективности теплообмена путем теплопроводности необходимо увеличивать площадь теплопроводящей поверхности, уменьшать путь передачи теплоты, использовать материалы с высокой теплопроводностью.

Теплоотвод конвекцией.Естественное и принудительное воздушное охлаждение наиболее просты и доступны. Теплота от нагретых корпусов радиоэлементов передается окружающей атмосфере за счет естественной конвекции. Эффективность естественного воздушного охлаждения тем больше, чем больше разность температур между корпусом и окружающей средой и чем больше площадь поверхности корпуса. Имеет также значение плотность окружающей среды, при уменьшении которой отвод теплоты от поверхности элементов уменьшается.

Принцип охлаждения естественной конвекцией основан на том, что слои воздух, нагреваясь от выделяющих теплоту элементов и обладая вследствие этого меньшей плотностью, перемещаются вверх и замещаются более холодными слоями. Чем больше объем замещаемого воздуха, тем лучше теплообмен. Эффективность теплообмена зависит от места расположения элементов в объеме аппаратуры. Так, при вертикальном расположении модулей (плат) воздушному потоку ничего не препятствует и теплые слои воздуха быстро заменяются холодными. При горизонтальном расположении плат смена слоев воздуха затруднена, вследствие чего нагрев элементов происходит в большей степени. В худшем положении находятся элементы в верхней части корпуса, так как здесь замещения теплых слоев холодными практически не происходит.

Качество естественного воздушного охлаждения зависит от мощности, выделяемой аппаратурой во время работы в виде теплоты, формы и габаритных размеров корпуса и площади его поверхности. Улучшение охлаждения можно получить искусственным увеличением площади поверхности корпуса, например введением специальных ребер — радиаторов. При отвесном падении солнеч­ных лучей на прибор имеет место превышение температуры металлических поверхно­стей (в градусах Цельсия): без покрытия — 24; окрашенных в белый цвет — 13; серый — 21; черный — 27.

Принудительное воздушное охлаждение При принудительном воздушном охлаждении теплоотвод от внутренних полостей корпуса РЭА осуществляется движущимися потоками воздуха, объем и скорость движения которых определяются вентиляторами. Оно широко используется в аппаратуре с тепловыделением не более 0,5 Вт/см² и выполняется по схемам подачи воздуха снизу вверх и сверху вниз. Забор воздуха снизу, где имеет место наибольшее количество пыли, приводит к повышенной запыленности аппаратуры, охлаждение сверху вниз — к меньшей запыленности, но требует большего расхо­да воздуха.

Чем ниже температура охлаждающего воздуха и выше скорость его движения, тем эффективнее принудительное воздушное охлаждение. Применяются приточная, вытяжная и приточно-вытяжная схемы вентиляции. В приточно-вытяжной используются два вентилятора на входе и выходе воздуха из изделия. Работа вентилятора по приточной схеме вентиляции происходит в благоприятных условиях при пониженной температуре, что обеспечивает большую производительность. Вытяжную схему вентиляции можно рекомендовать в аппаратуре с большими аэродинамическими сопротивле­ниями.

Вентиляторы устанавливаются либо непо­средственно в прибор, либо в специальные блоки с креплением на корпусе прибора или каркасе стойки. В блоках обычно размещают вентиляторы, противопыльный фильтр, элементы сигнализации и аварийного отключения.

Появление шума и вибраций в результате работы вентиляторов являются недостатками принудительного охлаждения, однако реализуется конструктивно просто и обеспечивает высокую гибкость при перепланировке технических средств.

Системы охлаждения с жидкими хладоагентами применяют только для достаточно больших измерительно-вычислительных систем.

От прямого воздействия влаги стационарная и транспортируемая РЭА, как правило, не защищена и не должна эксплуатироваться в этих условиях. Однако на работающую аппара­туру воздействуют пары влаги окружающего воздуха. Нормальной влажностью считается относительная влажность 60…75 % при температуре 20.. .25 °С.

Выпадение росы (кон­денсация на холодных поверхностях конструкции) вызывается понижением температуры, которое практически все­гда имеет место при отключении и последующем хранении аппаратуры. На­пример, если в течение дня влажность внутри РЭА составляла 70 %, то точка росы оказывается всего на 5 °С ниже температур, которые имели место внутри РЭА.

Интенсивное нагревание переохлажденной аппаратуры перед приве­дением ее в рабочее состояние также приводит к конденсации влаги на хо­лодных элементах конструкции. Капли конденсата будут стекаться и собираться в местах «ловушек влаги». В результате аппаратура будет находиться под постоянным воздействием влаги.

Длительное воздействие высокой влажности вызывает коррозию металлических кон­струкций, набухание и гидролиз органических материалов. Продуктом гидролиза являются органические кислоты, разру­шающие органические материалы и вызывающие интенсивную коррозию металлических несущих конструкций. Наличие во влажной атмосфере про­мышленных газов и пыли приводит к прогрессирующей коррозии. В резуль­тате создания благоприятных условий для образования плесени воздействие влаги может многократно усилиться.

Существенно влияние влажности на электрические соединения. При повышенной влажности коррозируют проводники, на разъемных контактах появляются налеты, ухудшающие их качество, отказывают паяные соедине­ния, особенно если они загрязнены. С течением времени рыхлая окисная пленка может оказаться в гнездовых контактах соединителей, что приводит к трудно устранимым отказам.

Слоистые диэлектрики, поглощая влагу, меняют параметры и харак­теристики. Образование на печатных платах водяной пленки приводит к снижению сопротивления изоляции диэлектриков, появлению токов утечки, электрическим пробоям, механическим разрушениям вследствие набухания-высыхания материала. Из-за погло­щения влаги значительно уменьшается электрическая прочность, что осо­бенно сказывается на работоспособности высоковольтных узлов. Влажность ускоряет разрушение лакокрасочных покрытий, нарушает герметизацию и целостность заливки элементов влагозащитными материалами.

Защита аппаратуры от воздействия влажности осуществляется соот­ветствующими материалами, покрытиями, применением усиленной венти­ляции сухим воздухом, поддерживанием внутри изделий более высокой температуры, чем температура окружающей среды, использованием погло­тителей влаги, разработкой герметичной аппаратуры.

Коррозия протекает более интенсивно при контактиро­вании материалов с существенно различными электрохимическими потен­циалами. Металл с отрицательным потенциалом гальванической пары будет разрушаться тем быстрее, чем больше разница электрохимических по­тенциалов.

Металлические покрытия образуют с основным материалом детали контактную пару. В зависимости от полярности потенциала различают по­крытия анодные (отрицательный потенциал покрытия по отношению к ос­новному металлу) и катодные (положительный потенциал покрытия). При коррозии может разрушаться как основной металл детали, так и покрытие. Разрушение происходит из-за наличия пор в покрытиях, повреждений в ви­де сколов, царапин, трещин, возникающих в процессе эксплуатации, и будут тем интенсивнее, чем больше разница электрохимических потенциалов ме­жду основным металлом и покрытием. При анодном покрытии вследствие коррозии разрушается само покрытие, при катодном – основной металл.

В качестве материалов покрытий наибольшее распространение полу­чили никель, медь, цинк, кадмий, олово и серебро. Толщина покрытия вы­бирается в зависимости от материала и способа нанесения покрытия. Для улучшения механических и защитных свойств покрытий рекомендуются к применению многослойные покрытия из разнородных материалов. Толщина покрытия обычно равна 1-15 мкм.

Оксидирование — получение окисной пленки на стали, алюминии и его сплавах. Покрытие имеет хороший внешний вид, антикоррозион­ные свойства, но оно микропористое и непрочное. Последнее свойство покрытия позволяет его использовать как грунт под окраску.

Анодирование — декоративное покрытие алюминия и его сплавов электрохимическим способом. Защитная пленка химически устойчива, об­ладает высокими электроизоляционными свойствами, надежно защищает от коррозии, может быть окрашена.

Фосфатирование — процесс образования на стали защитной пленки с высокими антикоррозионными и электроизоляционными свойствами, хоро­шей адгезией. Получаемое покрытие пористо и недостаточно прочно. Фос­фатные пленки используются как грунт под окраску.

Лакокрасочные покрытия защищают детали от коррозии. Как недоста­ток следует отметить низкую механическую прочность и термостойкость. Этот вид покрытия применяется для окрашивания каркасов, кожухов, лице­вых панелей приборов и т. п. Качественный внешний вид изделия обеспечи­вается многослойным окрашиванием. Толщина лакокрасочного покрытия колеблется от 20 до 200 мкм. Различают следующие виды лаковых покрытий для защиты от соответствующих видов внешнего воздействия:

· Водостойкие — морская, пресная вода и ее пары.

· Специальные — облучение, глубокий холод, открытое пламя, биологи­ческое воздействие и пр.

· Маслобензостойкие – минеральные масла и смазки, бензин, керосин.

· Химически стойкие – различные химические реагенты, агрессивные газы, па­ры и жидкости растворы кислот и солей.

· Термостойкие — температура выше 60 °С.

· Электроизоляцион­ные — электрический ток, коронные и поверхностные разряды.

Недостатком лаковых покрытий является то, что они требуют высокой чистоты производственных процессов и усложняют заме­ну компонентов. При эксплуатации покрытия скалываются, шелушатся и загрязняют контакты электрических соединителей. Пары воды, попадая под покрытия, конденсируются и уменьшают электри­ческое сопротивление между разобщенными цепями. При высыхании по­крытия образующиеся мосты из лака между рядом расположенными выво­дами компонентов передают механические напряжения на выводы и паяные соединения, увеличивая вероятность отказа паяных контактов.

Защита от воздействия пыли [2]

Пыль — смесь твердых частиц малой массы, находящаяся в воздухе во взвешенном состоянии. Различают пыль естественную или природную, всегда присутствующую в воздухе, и техническую, кото­рая является следствием износа оборудования, обработки материалов, сжигания топлива и пр.

При относительной влажности воздуха выше 75 % и нормальной тем­пературе наблюдается рост числа частиц пыли, их коагуляция, увеличивает­ся вероятность притяжения пыли к неподвижным поверхностям. При низкой влажности частицы пыли электрически заряжаются, неметал­лические — положительно, металлические — отрицательно. Заряд частиц чаще всего возникает из-за трения.

Загрязненность воздуха пылью снижает надежность работы РЭА. Пыль, попадая в смазочные материалы и прилипая к скользящим поверхностям деталей электромеханических узлов, приводит к ускоренному их износу. Под воздействием пыли изменяются параметры и характеристики магнитных лент, дискет, магнитных головок, царапается и приходит в не­годность магнитный слой. Пыль в зазорах контактов препятствует замыка­нию контактов реле.

Оседающая на поверхности некоторых металлов пыль опасна из-за своей гигроскопичности, поскольку уже при относительно небольшой влажности пыль существенно повышает скорость коррозии. Пыль с поглощенными ею растворами кислот разрушает достаточно быстро даже очень хорошие краски. В тропических странах пыль часто является причиной роста плесени.

Слежавшаяся в процессе длительной эксплуатации на поверхности компонентов пыль снижает сопротивление изоляции, особенно в услови­ях повышенной влажности, приводит к появлению токов утечек между выводами, что очень опасно для микросхем. Диэлектрическая проницаемость пыли выше диэлектрической проницаемости воздуха, что определяет завышение ем­кости между выводами компонентов и, как следствие, увеличение емко­стных помех. Оседающая пыль снижает эффективность охлаждения изделия, образует на поверх­ностях печатных плат, не защищенных лаковым покрытием, токопроводящие перемыч­ки между проводниками.

Пыленепроницаемость РЭА или отдельных ее устройств может быть достигнута установкой их в герметичные корпуса. Однако при этом возрастает стоимость РЭА и ухудшается температурный режим рабо­ты. Если корпус РЭА выполнен с перфорациями, пыль вместе с воздухом проникнет внутрь РЭА естественным путем либо вместе с воздушными пото­ками от вентиляторов. Уменьшить попадание пыли внутрь РЭА воз­можно установкой на вентиляционные отверстия мелкоячеечных сеток и противопыльных фильтров.

Герметизация аппаратуры

Герметизация РЭА является надежным средст­вом защиты от воздействия от пыли, влажности и вредных веществ окружающей сре­ды.

Модули конструкции первого уровня защищают покрытием лаком, заливкой эпок­сидной смолой, пропиткой, особенно моточных изделий, опрессовкой гер­метизирующими компаундами на основе органических (смол, битумов) или неорганических (алюмофосфатов, металлометафосфатов) веществ. Герметизация компаундами улучшает элек­троизоляционные и механические характеристики модуля. Однако низкая теплопроводность большинства компаундов ухудшает отвод теплоты и делает невозможным ремонт.

Полная герметизация путем помещения изделия в герметич­ный кожух является самым эффективным способом защиты, но и до­рогим. При этом возникает необходимость в разработке специальных кор­пусов, способов герметизации внешних электрических соедини­телей, элементов управления и индикации. Стенки герметизируемых изделий должны противостоять значи­тельным усилиям из-за разницы давлений внутри и снаружи изделия. В ре­зультате увеличения жесткости конструкции возрастает ее масса и размеры.

Постоянства относительной влажности в определенных пределах внутри герметичного аппарата можно добиться введением внутрь изделия веществ, активно поглощающих влагу. Подобными веществами являются силикагель, хлористый кальций, фосфорный ангидрид.

При жестких требованиях к герметичности корпуса изделия герметизацию выполняют сваркой или пайкой по всему периметру корпуса. Конструкция корпуса изделия должна допускать неоднократное выполнение операций разгерметизации/герметизации. В углубление корпуса устанавливается прокладка из жаростойкой резины, на которую укладывается стальная лу­женая проволока, которая припаивается к корпусу, образуя шов. При разгерметизации изделия шов нагревают, и припой вместе с проволокой удаляется.

При герметизации внутренний объем герметизируемой аппаратуры заполняется инертным газом (аргоном или азотом) с небольшим избыточ­ным давлением. Закачка газа внутрь корпуса осуществляется через клапаны-трубки с последующей герметизацией. Продувка азотом обеспечивает очистку полос­ти корпуса от водяных паров.

Элементы управления и индикации герметизируются резиновыми чехлами, мембранами, электрические соединители — установкой на про­кладки, заливкой компаундами.

Выбор способа герметизации определяется условиями эксплуатации, применяемыми материалами и покрытиями, требованиями к электрическо­му монтажу. Окончательное решение о выборе способа герметизации при­нимается после проведения натурных испытаний РЭА в камерах влажности.

Виды механических воздействий на РЭА. Все виды РЭА подвергаются воздействию внешних механических нагрузок (вибрации, удары, ускорения, акустические шумы), которые передаются к каждой детали, входящей в конструкцию. Механические воздействия имеют место в работающей РЭА, если она установлена на подвижном объекте, или только при транспортировке ее в нерабочем состоянии, как в случае стационарной и некоторых видов возимой РЭА. Количество переданной энергии определяет уровень и характер изменения конструкции. Допусти­мые уровни механического изменения конструкции определяются ее проч­ностью и устойчивостью к механическим воздействиям.

Под прочностью конструкции понимается способность аппаратуры выполнять функции и сохранять параметры после приложения механиче­ских воздействий. Устойчивость конструкции — способность РЭА сохра­нять функции и параметры в процессе механических воздействий.

Откликом, или реакцией конструкции на механические воздействия называют трансформацию и преобразование энергии меха­нического возбуждения. К ним относятся механические напряжения в элементах конструкции, перемещения элементов конструкции и их соударения, деформации и разрушения конструктивных элементов, изменения свойств и параметров конструкции.

Механические воздействия могут приводить к взаимным перемещениям деталей и узлов, деформации крепежных, несущих и других элементов конструкций, их соударению. При незначительных механических воздейст­виях в элементах конструкций возникают упругие деформации, не сказывающиеся на работоспособности аппаратуры. Увеличение нагрузки приводит к появлению остаточной деформации и при определенных усло­виях разрушению конструкции. Разрушение может наступить и при нагрузках, много меньших предельных значений статической прочности мате­риалов, если конструкция окажется подверженной знакопеременным на­грузкам.

Отказы аппаратуры бывают восстанавливаемыми после снятия или ослабления механического воздействия (изменение параметров компонентов, возникновение электрических шумов) и невосстанавливаемыми (обрывы и замыкания электрических соединений, отслаивание проводников печатных плат, нару­шение элементов крепления и разрушение несущих конструкций).

На транспортируемую РЭА в процессе ее эксплуатации воздействует вибрации, ударные нагрузки и линейные ускорения. Гармонические вибрации характеризуются частотой, амплитудой, ускорением. Ударные нагрузки характеризуются числом одиночных ударов или их серией (обычно оговаривают максимальное число ударов), длительностью ударного импульса и его формой, мгновенной скоростью при ударе, перемещением соударяющихся тел. Линейные ускорения характеризуются ускорением, длительностью, знаком воздействия ускорения.

Возникающие при вибрациях, ударах и ускорениях перегрузки оценивают соответствующими коэффициентами. Для уменьшения воздействия вибраций и ударов аппаратуру устанавливают на амортизаторы или применяют демпфирующие материалы.

Воздействие линейных ускорений эквивалентно увеличению массы аппаратуры и при значительной длительности воздействия требует увеличения прочности конструкции. Амортизаторы от линейных перегрузок практически не защищают.

Как показывает опыт эксплуатации транспортируемой РЭА, наибольшее разрушающее воздействие на конструкцию оказывают вибрации. Как правило, конструкция аппарата, выдержавшая воздействие вибрационных нагрузок в определенном частотном диапазоне, выдерживает ударные нагрузки и линейные ускорения с большими значениями соответствующих параметров.

Понятие виброустойчивости и вибропрочности. В отношении конструкции РЭА различают два понятия: вибрационная устойчивость и вибрационная прочность.

Вибрационная устойчивость — свойство объекта при заданной вибрации выполнять заданные функции и сохранять значения своих параметров в пределах нормы. Вибрационная прочность — прочность при заданной вибрации и после прекращения ее.

Воздействие транспортной тряски складывается из ударов и вибраций. Введение амортизаторов между РЭА и объектом в качестве среды, уменьшающей амплитуду передаваемых колебаний и ударов, снижает действующие на РЭА механические силы, но не уничтожают их полностью. В некоторых случаях образованная с введением амортизаторов резонансная система влечет за собой возникновение низкочастотного механического резонанса, который приводит к увеличению амплитуды колебаний РЭА.

Понятие жесткости и механической прочности конструкции. При разработке конструкции РЭА необходимо обеспечить требуемую жесткость и механическую прочность ее элементов.

Жесткость конструкции есть отношение действующей силы к деформации конструкции, вызванной этой силой. Под прочностью конструкции понимают нагрузку, которую может выдержать конструкция без остаточной деформации или разрушения. Повышение прочности конструкции РЭА связано с усилением ее конструктивной основы, применением ребер жесткости, контровки болтовых соединений и т. д. Особое значение имеет повышение прочности несущих конструкций и входящих в них узлов методами заливки и обволакивания. Заливка пеноматериалом позволяет сделать узел монолитным при незначительном увеличении массы.

Конструкция как колебательная система. Во всех случаях нельзя допускать образования механической колебательной системы. Это касается крепления монтажных проводов, микросхем, экранов и других частей, входящих в РЭА.

Основными параметрами любой конструкции с позиций реакции на механические воздействия являются масса, жесткость и механическое со­противление (демпфирование). При анализе влияния вибраций на конструк­ции модулей последние представляют в виде системы с сосредоточенными параметрами, в которой заданы масса изделия m, элемент жесткости в виде пружины и элемент механического сопротивления в виде демпфера, характеризующиеся параметрами k и r соответственно.

Амортизация конструкции РЭА. Один из эффективных методов повышения устойчивости конструкции, как транспортируемой, так и стационарной, к воздействию вибраций, а также ударных и линейных нагрузок — использование амортизаторов. Действие амортизаторов основано на демпфировании резонансных частот, т. е. поглощении части колебательной энергии. Аппаратура, установленная на амортизаторах, в общем случае может быть представлена в виде механической колебательной системы с шестью степенями свободы: совокупностью связанных колебаний, состоящих из линейных перемещений, и вращательных колебаний по каждой из трех координатных осей.

Фиксация крепежных элементов. При воздействии вибраций возможно отвинчивание крепежных эле­ментов, для предотвращения которого вводят фиксаторы, увеличивают силы трения, устанавливают крепеж на краску и пр. При выборе методов фикса­ции крепежных элементов должны учитываться следующие соображения: обеспечение прочности соединения при заданных нагрузках и кли­матических воздействий; быстрота выполнения соединения, его стоимость; последствия, к которым приведет отказ соединения; срок службы.

Следует принимать во внимание возможность замены износившихся или поврежденных деталей, использо­вать вместо винтовых пар быстро сочленяемые элементы: петли, защелки, собачки и пр. Болты должны быть ориентированы головкой вверх, чтобы при отвинчивании гайки болты оказывались на установочном месте. Реко­мендуется применять несколько больших крепежных деталей вместо боль­шого числа маленьких. Число оборотов, необходимых для затягивания или отпускания винта, должно быть не менее 10.

Использование сплошных металлических прокладок в качестве шин питания.Этот метод применим в случае использования многослойных печатных плат для устройств сверхбыстродействующих РЭА. В таких платах отдельные слои изготовляют с максимально большой площадью металла и применяют их в качестве шин питания, эти слои размещают внутри многослойной платы. При использовании сплошных металлических слоев значительно уменьшаются собственное индуктивное сопротивление шин питания, общие участки протекания токов различных элементов и увеличивается взаимная емкость между шинами питания.

Применение экранов в РЭА. При прохождении мощных сигналов по цепям связи последние становятся источниками электромагнитных полей, которые, пересекая другие цепи связи, могут наводить в них дополнительные помехи. Источниками электромагнитных помех могут быть также мощные промышленные установки, транспортные коммуникации, двигатели и т.д. Устройства, чувствительные к статическим магнитным полям (например, магнитные элементы с разомкнутым магнитопроводом), могут неустойчиво работать даже от таких слабых полей, как магнитное поле Земли.

Экраны включаются в конструкцию для ослабления нежелательно­го возмущающего поля в некотором ограниченном объеме до приемлемого уровня или для локализации, где это возможно, действие источника полей. Возможны два варианта защиты. В первом случае экранируемая аппара­тура размещается внутри экрана, а ис­точник помех вне его, во втором — экранируется источник помех, а защищаемая от помех аппаратура распола­гается вне экрана. Первый вариант обычно используют при защите от внешних по­мех, второй — внутренних.

В РЭА функции экранов чаще всего выполняют кожухи, панели и крышки приборов блоков и стоек, при выборе материалов и расчете толщи­ны которых кроме соображений эффективности экранирования необходимо учитывать требования обеспечения механической прочности, жесткости, надежности соединения отдельных элементов.

Отверстия и щели в экранах уменьшают эффективность экранирова­ния, поэтому их необходимо исключать или сводить к минимуму. Однако полностью от них избавиться невозможно. Отверстия вводятся в кожух для установки соединителей, элементов управления, ин­дикации, обеспечения нормального теплового режима. Эффективность эк­рана не ухудшится, если в его конструкции выполнены отверстия, макси­мальные размеры которых не превышают 1/2 минимальной длины волны экранируемого сигнала. Чтобы помеха не проникала через вентиляционные отверстия, на внутренних поверхностях кожухов с отверстиями может закреплять­ся металлическая сетка.

По принципу действия различают электростатическое, магнитостатическое и электромагнитное экранирования.

Электростатическое экранирование применяется при внутренних помехах с одних функциональных модулей аппаратуры на другие. При введении между модулями заземленного экрана высокой проводимости ис­точник помех окажется подсоединенным на землю через паразитную емкость, желательно как можно большую, а входы и выходы схем — на соответствующие паразитные емкости (обычно много меньшие), что должно учиты­ваться схемотехником при оценке параметров и характеристик схемы. Экранирующий эффект заключается в шунтировании на корпус большей части паразитной емкости, имеющейся между источником и приемником наводок.

В качестве экранов могут служат детали шасси и каркасов, обшивки стоек, панелей, субблоков, кассет, специальные листовые металлические прокладки на монтажной стороне плат, блоков, субблоков, и т. д.

С целью улучшения экранировки особо чувствительных к помехам цепей (например, для передачи синхроимпульсов) на обеихсторонах печатных плат сигнальные и заземленные экранные проводники чередуют таким образом, чтобы против сигнальной линии, проходящей с одной стороны платы, всегда располагалась заземленная линия с другой стороны платы. При этом каждая сигнальная линия оказывается окруженной тремя заземленными линиями, в результате чего достигается не только эффективная экранировка сигнальной линии от внешних помех, но и для полезного сигнала обеспечивается подобная волноводу цепь от источника до нагрузки.

Экранирование применяется также для проводов входной и выходной линий, при этом чаще всего оказывается достаточным экранировать только входную цепь. Для устранения гальванической помехи по земле экраны проводов необходимо заземлять в одной точке. При выполнении линий передачи печатным способом вводятся экранирующие трассы, коммутируемые с шиной нулевого потен­циала и выполняющие функции экранов проводов.

Магнитостатическое экранирование.Задача экранирования сводится к уменьшению или полному устранению индуктивной связи между источником и приемником помехи. Если магнитный поток пересекает контур, образуемый проводником, то в контуре наводится помеха. Для полного устранения или уменьшения напряжения помехи, наво­димой в контуре, необходимо:

— поместить контур в экран;

— ориентировать его так, чтобы магнитные силовые линии поля не пересекали контур, а проходили вдоль него;

— уменьшить площадь контура.

Магнитные экраны выполняют как из ферромагнитных, так и немаг­нитных металлов. Ферромагнитные материалы с большой магнитной проницаемостью обладают малым магнитным сопротивлением, в результате чего линии магнитного поля будут шунтированы материалом экрана, и пространство внутри экрана не будет подвергаться воздействию магнитного поля. Магнитное экранирование тем эффективнее, чем больше магнитная проницаемость экрана и толще экран. При выборе материала экрана необходимо помнить, что магнитная проницаемость с увеличением частоты поля уменьшается, и это сказывается на эффективности экранирования. Ферромагнитные материалы эффективно защищают аппаратуру в диапазоне частот от 0 до 10 кГц.

Действие экрана из немагнитного металла основано на вытеснении внешнего магнитного поля из внутреннего пространства прибора материа­лом экрана. Внешнее переменное магнитное поле создает индукционные вихревые токи в экране, магнитное поле которых направ­лено навстречу внешнему полю внутри экрана. У экранов из немагнитных металлов эффективность экранирования повышается с увели­чением толщины и проводимости материала экрана. Магнитное поле часто­той выше 10 МГц достаточно надежно экранируется, если на диэлектриче­ский кожух наносится медное или серебряное покрытие толщиной не более 100 мкм. Толщина немагнитного экрана может в несколько раз превысить толщину ферромагнитного, обеспечивающего на фиксированной частоте оди­наковое ослабление. Использование ферромагнитного материала позволяет значительно снизить массу экрана. При экранировании магнитного поля за­земление экрана не обязательно, поскольку оно не влияет на качество экра­нирования.

Однако перед тем как конструировать экран, необходимо предусмот­реть все меры, чтобы избавиться от помехи более простым и дешевым спо­собом. Например, уменьшение площади контура, пересекаемого силовыми линиями магнитного поля, получают укладыванием сигнальных проводников непо­средственно по заземленным монтажным панелям модулей.

Электромагнитное экранирование охватывает диапазон частот от 1 кГц до 1 ГГц. Действие электромагнитного экрана основано на отражении элек­тромагнитной энергии на границах диэлектрик-экран и ее затухании в толще экрана. Затухание в экране объясняется тепловыми потерями на вихревые токи в материале экрана, отражение — несоответствием волновых параметров материала экрана и окружаю­щей среды. Для нижней границы частотного диапазо­на первостепенное значение приобретает отражение, для верхней границы — поглощение электромагнитной энергии.

Электромагнитное экранирование выполняется как немагнитными, так и магнитными металлами. Немагнитные металлы высокой проводимости можно эффективно использовать в низкочастотной части спектра, ферромагнитные материалы высокой магнитной проницаемости и электрической проводимости — во всем частотном диапазоне элек­тромагнитного поля. Толщина экрана должна быть по возможности наибольшей. Для частот менее 1 МГц хорошие ре­зультаты дают медные и алюминиевые экраны, а при частотах выше 1 МГц — экраны из стали. Однако наилучшие результаты можно полу­чить при применении многослойных экранов — последовательно чере­дующихся слоев магнитных и немагнитных металлов. Возможны различ­ные варианты материалов слоев: медь – пермаллой — медь, пермаллой — медь, медь – сталь — медь и др. Введение воздушных промежутков между слоями (20-40 % суммарной толщины экрана) улучшит эффективность экранирования. При защите аппаратуры от внешнего поля материал с низкой магнитной проницаемостью помещают наружу, с высокой — внутрь. Если экран защищает источник электромагнитного поля, то мате­риал с низкой магнитной проницаемостью должен быть внутренним сло­ем, а с высокой — наружным.

Из немагнитных материалов с позиций минималь­ной стоимости и массы наилучшими свойствами обладает магний, но он легко коррозирует, а образующийся слой окисла ухудшает контакт экра­на с корпусом изделия. Цинк дешевле меди, имеет меньшую плотность, но мягок. Латунь по своим параметрам занимает среднее положение в ряду материалов, но благодаря отличным антикоррозионным свойствам и стабильности сопротивления электрического контакта ее можно реко­мендовать для широкого применения в качестве материала экрана.

В РЭА получили распростране­ние экраны из стали и пермаллоев. Стальные экраны с малой начальной магнитной проницаемостью обеспечивают малое, но постоянное экраниро­вание как на низких, так и на частотах вплоть до десяти килогерц. Экраны из пермаллоев с высокой начальной проницаемостью позволяют получить эффективное экранирование, но в узком диапазоне частот от нуля до не­скольких сотен герц. С увеличением частоты возрастают вихревые токи эк­рана, которые вытесняют магнитное поле из толщи экрана и уменьшают его магнитопроводимость, а это сказывается на эффективности экранирования.

Широкое распространение в технике РЭА нашли также экранированные провода, коаксиальные кабели и «витые» пары проводников (бифиляры).

Понятие надежности. Один из основных параметров РЭА — надежность — зависит как от надежности используемой элементной базы, так и от принятых схемотехнических и конструкторских решений. Учитывая значимость современной аппаратуры в человеческой деятельности, требования к надежности аппаратуры постоянно повышаются. Это связано с тем, что от правильной работы РЭА зависят ход выполнения технологического процесса, достоверность получения результатов измерений и обработки данных, и т.п. Вопросам повышения надежности РЭА на всех этапах ее проектирования и производства уделяется самое большое внимание.

Под надежностью понимают свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки при соблюдении режимов эксплуатации, правил технического обслуживания, хранения и транспортировки. Продолжительность работы РЭА до предельного состояния, установленного в нормативно-технической документации, называют ресурсом изделия.

Надежность — это сложное комплексное понятие, с помощью которого оценивают такие важнейшие характеристики изделий, как работоспособность, долговечность, безотказность, ремонтопригодность, восстанавливаемость и др.

В любой момент времени РЭА может находиться в исправном или неисправном состоянии. Если РЭА в данный момент времени удовлетворяет всем требованиям, установленным как в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение вычислительных процессов (точность, быстродействие и др.), так и в отношении второстепенных параметров, характеризующих внешний вид и удобство эксплуатации, то такое состояние называют исправным состоянием.

Неисправное состояние – это состояние РЭА, при котором она в данный момент времени не удовлетворяет хотя бы одному из этих требований, установленных в отношении как основных, так и второстепенных параметров.

Не каждая неисправность приводит к невыполнению РЭА заданных функций. Различают неисправности основные и второстепенные. Второстепенные неисправности называют дефектами. Например, образование вмятин или ржавчины на корпусе аппаратуры, выход из строя лампочек подсветки не могут препятствовать эксплуатации РЭА.

Основные эксплуатационные свойства изделий с позиций обеспечения надежной работы: безотказность, ремонтоспособность, долговечность и сохраняемость.

Наработка — продолжительность (или объем) работы изделия, измеряемая временем, циклами, периодами и т. п. В процессе эксплуатации или испытания изделия в зависимости от его назначения различают суточную или месячную наработку, наработку на отказ, среднюю наработку до первого отказа, гарантийную наработку и т. п. Суточная и месячная наработки оцениваются временем (циклами, периодами), которое изделие проработало в течение суток или месяца.

Наработка на отказ — среднее значение наработки ремонтируемого изделия между отказами. Если наработка выражена в единицах времени, то используют термин среднее время безотказной работы. Под средней наработкой до первого отказа понимают среднее значение наработки изделий в партии до первого отказа. Для неремонтируемых изделий этот термин равнозначен понятию средней наработки до отказа.

Гарантийная наработка представляет собой наработку изделия, до завершения которой изготовитель гарантирует и обеспечивает выполнение определенных требований к изделию, при условии соблюдения потребителем правил эксплуатации, в том числе правил хранения и транспортировки. Срок гарантии устанавливается в технической документации или договорах между изготовителем и заказчиком.

Безотказностью называют свойство изделия сохранять свою работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов. Безотказность измеряется в единицах наработки.

Ремонтоспособность — свойство РЭА, заключающееся в приспособлении к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Долговечность — свойство РЭА сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Предельное состояние определяется технической непригодностью РЭА из-за снижения эффективности эксплуатации или требований техники безопасности и оговаривается в технической документации.

Сохраняемость — свойство изделия сохранять эксплуатационные показатели в течение заданного срока хранения и после него.

Интенсивность отказов — зависимость интенсивности отказов от времени (кривая жизни изделия).

Различают три вида отказов:

· обусловленные скрытыми ошибками в конструкторско-технологической документации и производственными дефектами при изготовлении изделий;

· обусловленные старением и износом радио- и конструкционных элементов;

· обусловленные случайными факторами различной природы.

Для оценки надежности систем введены понятия «работоспособность» и «отказ».

Работоспособность и отказы. Работоспособность — это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации. Отказ – событие, приводящее к полной или частичной утрате работоспособности изделия. По характеру изменения параметров аппаратуры отказы подразделяют на внезапные и по­степенные.

Внезапные (катастрофические) отказы характеризуются скачкообразным изменением одного или нескольких параметров аппаратуры и возникают в результате внезапного изменения одного или нескольких параметров элементов, из которых построена РЭА (обрыв или короткое замыкание). Устранение внезапного отказа производят заменой отказавшего элемента исправным или его ремонтом.

Постепенные (параметрические) отказы характеризуются изменением одного или нескольких параметров аппаратуры с течением времени. Они возникают в результате постепенного изменения параметров элементов до тех пор, пока значение одного из параметров не выйдет за некоторые пределы, определяющие нормальную работу элементов. Это может быть последствием старения элементов, воздействия колебаний температуры, влажности, давления, механических воздействий, и т.п. Устранение постепенного отказа связано либо с заменой, ремонтом, регулировкой параметров отказавшего элемента, либо с компенсацией за счет изменения параметров других элементов.

По взаимосвязи между собой различают отказы независимые, не свя­занные с другими отказами, и зависимые. По повторяемости возникновения отказы бывают одноразовые (сбои) и перемежающиеся. Сбой — однократно возникающий самоустраняющийся отказ, перемежающийся — многократно возникающий сбой одного и того же характера.

По наличию внешних признаков различают отказы явные — имею­щие внешние признаки появления, и неявные (скрытые), для обна­ружения которых требуется провести определенные действия.

По причине возникновения отказы подразделяют на конструкцион­ные, производственные и эксплуатационные, вызванные нарушением уста­новленных норм и правил при конструировании, производстве и эксплуата­ции РЭА.

По характеру устранения отказы делятся на устойчивые и самоустра­няющиеся. Устойчивый отказ устраняется заменой отказавшего элемента (модуля), а самоустраняющийся исчезает сам, но может повториться. Само­устраняющийся отказ может проявиться в виде сбоя или в форме переме­жающегося отказа. Отказ типа сбоя особенно характерен для РЭА. Появление сбоев обусловливается внешними и внутренними факторами.

К внешним факторам относятся колебания напряжения питания, вибрации, температурные колебания. Специальными мерами (стабилизации питания, амортизация, термостатирование и др.) влияние этих факторов может быть значительно ослаблено. К внутренним факторам относятся флуктуационные колебания параметров элементов, несинхронность работы отдельных устройств, внутренние шумы и наводки.