Введение к работе
Актуальность проблемы.Современное состояние радиоэлектронных средств (РЭС) и электронно-вычислительной аппаратуры (ЭВА) характеризуется значительным усложнением выполняемых ими функций, существенным ужесточением условий эксплуатации, повышением требований к аппаратурной надежности, снижением массы и габаритов, уменьшением стоимости и т.д. Выполнение таких требований приводит к усложнению аппаратуры, но усложнение аппаратуры должно происходить только при условии повышения ее надежности, которая складывается из надежности входящих в нее элементов.
Электрические контакты (ЭК) являются неотъемлемым элементом любого электрического или радиоэлектронного устройства. Их количество в отдельных слохсных системах достигает 12 млн. штук. Однако надежность ЭК не отвечает современным требованиям и зачастую определяет надежность всего устройства.По опубликованным данным до (85...100)% отказов РЭС вызваны отказами ЭК.
Известно,'что одной из основных причин отказов ЭК являются поверхностные образования на них, которые возникают в процессе изготовления и эксплуатации контактного устройства в виде пленок или посторонних частиц. Анализ причин отказов слаботочных контактных коммутационных изделий (ККИ) показал,что в зависимости от типа изделия от 5,5 до 62% от общего числа отказов происходит из-за наличия в зоне контактирования поверхностных образований. Такие отказы в слаботочных ККИ объясняются тем,что низкие уровни тсков и напряжений, а также сниженные контактные давления чаще всего недостаточны для разрушения поверхностных пленок и создания участков с чистометаллической проводимостью. Причем такие отказы носят спорадический характер и самовосстанавливаются, т.е. отказ может быть не при каждом замыкании и не всегда предсказуем.
Влияние пленок на проводимость слаботочных ЭК изучено недостаточно полно, не ясны механизмы изменения электрических параметров пленок в межконтактной зоне под воздействием контактного давления и электрического поля, а также подробно не изучены влияния конструкций, технологии изготовления и условий эксплуатации ЭК и ККИ на образование пленок. Это не позволяет на этапе разработки новых типов ККИ точно определять ожидаемые уровни контактного сопротивления, а также определять причины' появления
пленок на ЭК, елияющих на качество контактирования.
Таким образок, исследование влияния поверхностных пленок на надежность ККИ, физических условий образования пленок, электрической проводимости через псзерхностные пленки на контактах в зависимости от условий изготовления и эксплуатации ККИ, а также разработка мероприятий и рекомендаций по оптимальному конструированию, качеству изготовления и условиям хранения и эксплуата-' ции ККИ с учетам пленкообразования является очень вакнсй задачей по повышению надежности современной радиоаппаратуры.
Лель работы.Целью диссертационной работы является разработка научно-методического подхода комплексного учета влияния поверхностных пленок на проводимость слаботочных ККИ,включающий в себя определение оптимального уровня контактного сопротивления реальных ЭК на этапе конструирования и обеспечение стаОг.льности его значения на этапах производства и эксплуатации.Он позволяет отрабатывать мероприятия, средства и рекомендации по повышению качества контактирования ЭК и надежности ККИ.
Методы исследования. Б работе использованы методы линейных и нелинейных электрических цепей,теории вероятности, теории упругости и ползучести,приближенные методы выспего анализа, методы вычислительного и физического моделирования.
Научная новизна. К основным научным результата-.;, полученным лично автором,включенных в диссертацию и представляемых к защите, относятся:
разработка комплексного научно-методического подхода определения еєличпньі контактного сопротивления слаботочных SK с учетом конструкторских,технологических и эксплуатационных факторов, влияющих на образование и рост поверхностных пленок;
разработка уравнении расчета контактного сопротивления,в которых учитываются различные физические состояния поверхностных пленок, образующихся на рабочих поверхностях контактов;
отработка методик экспериментального определения элекгро-фи-зических параметров пленок, вошедших в уравнения контактного сопротивления;
результаты экспериментальных исследовании причин образования поверхностных пленок на этапах изготовления и испытании слаботочных ККИ.
Практическая ценность.Итогом диссертационной работы является практическое использование полученных в ней результатов в научно-исследовательских .проектных и промышленных предприятиях,разрабатывающих , изготавливающих или эксплуатирующих слаботочные МИ и радиоэлектронную аппаратуру для повышения ее надежности.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанный методический подход к комплексному определению влияния поверхностных пленок на проводимость слаботочных ККИ используется:
на стадии конструирования новых слаботочных коммутационных изделий при выборе оптимальных сочетаний материалов ЭК и их покрыт;:;;, корпусов и других элементов ККИ с целью обеспечения низкого уровня и стабильного значения контактного сопротивления;
при исследовании,определении и дальнейшем устранении причин, приводящих к отказу ККИ, при проведении периодических (ПИ) и приемо-сдаточных (ПСИ) испытании;
при определении эксплуатационной надежности ККИ,работающих в условиях отличающихся от нормальных климатических (НКУ).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на 4-х Всесоюзных конференциях: "Проблемы обеспечения высокой надежности микроэлектронной аппаратуры" (Запорокье-1990);"Помехи в цифровой технике-90"(Вильшос-1990);"Электрические контакты и электроды.Материалы. Физические процессы"(Киев-Одесса,1990); "Перспективные покрытия электрических соединителей и корпусов для интегральных микросхем и полупроводниковых приборов. Технология получения,методы анализа и оценки качества"(Мьітнщіі-І99І).
Реализация "результатов и гтоедлокения об использовании. Результаты диссертационной работы внедрены и нашли практическое применение в НИИРК, РНИИЭС и на Смоленском заводе радиодеталей. Расчетный экономический эффект при выпуске I млн.изделий составляет 150 тыс. рублей (в ценах 1990 года). Результаты внедрения позволили оценивать возможность образования поверхностных загрязнений,снижающих качество ЭК, эще на этапе проектирования ККИ и разрабатывать комплексные мероприятия по повышению надежности изделий, охватывающие все этапы проектирования, изготовления и эксплуатации каждого изделия.
Публикации.Научные и практические результаты диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах и 4-х отчетах по НИР, написанных при непосредственном участии автора.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 89 наименований и приложения с актами внедрения. Общий объем без приложения НО страниц.
