Работоспособность радиоэлектронной аппаратуры в экстремальных условиях. Особенности проектирования и прогнозирования

Профессиональная компетенция, полученная слушателями при освоении настоящей программы, необходима для выполнения следующих видов профессиональной деятельности:

• оценка надежности и радиационной стойкости радиоэлектронной аппаратуры и изделий микроэлектроники на этапах эскизного, технического и рабочего проектирования;
• выбор оптимальных проектных решений с учетом специфики условий эксплуатации аппаратуры;
• обоснование технических решений, обеспечивающих выполнение требований технических заданий по надежности и радиационной стойкости;
• разработка методик испытаний радиоэлектронной аппаратуры;
• проектная деятельность.

В результате освоения программы слушатель должен:

знать:

• физические основы надежности и радиационной стойкости радиоаппаратуры и изделий микроэлектроники;
• математические и вычислительные методы расчета надежности;
• основные понятия и показатели надежности электрорадиоизделий;
• методы оценки надежности изделий микроэлектроники;
• факторы, влияющие на надежность и их взаимосвязь с проектными решениями;
• основные процессы, приводящие к отказам аппаратуры и микроэлектронных изделий, при воздействии ионизирующих излучений различной природы;
• методы обеспечения работоспособности аппаратуры в экстремальных условиях эксплуатации;
• методики проведения испытаний и технические средства для их реализации.

уметь:

• самостоятельно выделять элементы конструкции, обусловливающие неработоспособность прибора, при экстремальных воздействиях;
• осуществлять классификацию видов радиационного воздействия по их влиянию на работоспособность приборов и микросхем;
• прогнозировать работоспособность простейших изделий с использованием вероятностных методов оценки работоспособности.

Тематический план:

Тема 1. Элементы теории вероятностей и математической статистики

Рассматриваются понятия частоты и вероятности события, основные аксиомы и теоремы теории вероятностей. Определяются функции распределения случайной величины, ее свойства и числовые характеристики. Кратко рассмотрены основные виды функций распределения случайных величин и их применение.

Приведены методы анализа интервальных наблюдений и методы восстановления статистических закономерностей. Рассмотрены эмпирические функции распределения и гистограммы, а также методы анализа данных на основе параметрической статистики, то есть выборки из распределений, описываемых одним или небольшим числом параметров.

Тема 2. Элементы прикладной и вычислительной математики

Рассматриваются методы построения блочных и функциональных моделей, разделение модели по этапам и режимам функционирования, методология вероятностного моделирования. Дано представление о методах и алгоритмах имитации случайных событий. Рассмотрены методы получения случайных величин на вычислительных машинах и примеры применения метода Монте-Карло для решения математических и технических задач.

Тема 3. Основные понятия физики твердого тела, атомной и ядерной физики

Приводятся основные сведения о строении твердых тел, типах симметрии и параметрах решетки кристалла, о связи симметрии и физических свойств твердых тел. Рассматривается классификация твердых тел по типам связи и межатомного взаимодействия. Дана классификация типов дефектов твердого тела. Рассматриваются понятия напряженного и деформированного состояния вещества, упругость и пластические свойства твердых тел, пределы прочности и текучести, хрупкое разрушение.

Далее рассматриваются основные понятия атомной физики: модель атома Резерфорда, постулаты Бора, атомные спектры, периодическая система Менделеева. Даются краткие сведения по квантовой механике, включая, квантование по Планку, принцип неопределенности Гейзенберга, дуализм де Бройля, волновая функция и уравнение Шредингера.

Представлена классификация элементарных частиц. Рассмотрены понятия стабильности ядра, ядерных реакций, радиоактивного распада.

Тема 4. Математические методы теории надежности

Рассматриваются основные понятия теории надежности, общие методы оценки надежности по результатам испытаний. Закон Аррениуса и его связь с надежностью. Оценка параметра и доверительные интервалы экспоненциального распределения. Представлены критерии проверки статистических гипотез непараметрическими методами. Обсуждается понятие физического закона поражения, как одного из способов прогнозирования работоспособности приборов в условиях эксплуатации.

Тема 5. Введение в радиационную физику и материаловедение

Рассматривается теория атомных столкновений, приводятся основные сведения о эффектах взаимодействия заряженных и нейтральных частиц, фотонов с веществом, обсуждается процесс дефектообразования в структуре твердого тела под воздействием излучения различной природы и энергии. Рассматриваются возможности релаксации радиационных дефектов при внешних воздействиях.

Далее приведены сведения о взаимосвязи макроскопических свойств твердых тел и их изменения при облучении с уровнем, мощностью и природой радиационного воздействия.

Тема 6. Методологические основы обеспечения надежности радиационно-стойкой электронной аппаратуры при проектировании

Рассматриваются изменения электрофизических характеристик, возможные механизмы необратимых отказов биполярных и МОП-структур при облучении изделий микроэлектроники гамма-квантами, нейтронами или заряженными частицами. Дается представление о способах учетах радиационной деградации параметров электрорадиоизделий в моделях оценки работоспособности и надежности.

Представлена информация о применении схем защиты критических элементов, экранов или специальных конструктивных мер при проектировании радиационностойкой аппаратуры. Рассмотрены методы резервирования или мажорирования для обеспечения надежности радиационностойких приборов.

Тема 7. Математические модели эксплуатационной интенсивности отказов радиационностойкой электронной компонентной базы и приборов на её основе

Представлены экспериментальные данные о влиянии радиации на интенсивность отказов аналоговых и цифровых микросхем различных технологий изготовления и проектных норм.

Рассматриваются физико-топологические модели расчета влияния радиации на свойства полупроводниковых изделий, и определяется их взаимосвязь с моделями интенсивности отказов, применяемыми при оценке надежности изделий электронной техники отечественного производства.

Тема 8. Выбор и обоснование наиболее рациональных технических решений по критерию надежности в условиях эксплуатации на различных этапах проектирования радиационностойкой электронной аппаратуры

Приводятся основные критерии выбора комплектующих изделий при проектировании аппаратуры стойкой к воздействию радиации с учетом особенностей радиационной реакции различных типов электрорадиоизделий. Рассматриваются вопросы влияния выбора комплектующих изделий или режима их работы на работоспособность и надежность аппаратуры при необходимости обеспечения ее радиационной стойкости. Предлагается классификация основных параметрические отказов аналоговых и сбоев цифровых схем, наблюдаемых при эксплуатации аппаратуры в экстремальных условиях.

По теме проводятся практические занятия, состоящие в рассмотрении практических примеров выбора оптимальных решений при конструировании радиационностойкой электронной компонентной базы и приборов на ее основе.

Тема 9. Разработка и управление проектами повышения надежности оборудования на предприятии

Рассматриваются проблемы разработки радиационностойких изделий с учетом влияния дополнительных требований к аппаратуре на экономическую эффективность проекта для предприятия на этапах разработки и изготовления мелкосерийной продукции.

Тема 10. Прогнозирование и обеспечение радиационной стойкости при разработке радиационностойкой электронной аппаратуры

Рассматриваются методы вероятностной оценки работоспособности аппаратуры в условиях радиационного воздействия. Разбираются взаимосвязи существующих методов обеспечения надежности и стойкости с физическим законом поражения, обобщающим два подхода к обоснованию работоспособности приборов в экстремальных условиях эксплуатации.

Приводится характеристика радиоэлектронной аппаратуры, предназначенной для применения в различных условиях, с учетом особенностей ее функционирования при воздействии радиации и определяются особенности проектирования некоторых типов приборов В заключении рассматриваются основные системные факторы, возникающие при проектировании как изделий микроэлектроники, так и приборов без учета взаимного влияния составных частей на работоспособность аппаратуры.

На практических занятиях разбираются примеры расчета вероятности безотказной работы некоторых простых устройств, и проводится расчет физического закона поражения для изделия, предназначенного к эксплуатации в условиях радиационного воздействия.

Тема 11. Организация и проведение испытаний при разработке радиационностойкой электронной аппаратуры

Анализируются типовые требования по радиационной стойкости, предъявляемые к аппаратуре и элементной базе. Рассматриваются возможности воспроизведения задаваемых условий на испытательных установках и стендах. Приводится перечень основного испытательного оборудования, используемого при подтверждении требований по стойкости электрорадиоизделий и аппаратуры с учетом ограничений, возникающих при воспроизведении внешних воздействующих факторов на конкретном оборудовании.

Рассматриваются типовые методики проведения испытаний и требования к измерительному и испытательному оборудованию, обеспечивающие получение достоверных результатов в условиях воздействия помех и искажения информации в процессе радиационного воздействия. Кратко представлены требования по статистическому анализу результатов испытаний.

Тема 12. Итоговая аттестация (тестирование)

Подробная информация о мероприятии