Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Основы надежности твердотельных СВЧ модулей 12
1.1 Особенности конструкции и режимы эксплуатации СВЧ модулей для РЛС 12
1.2 Современные требования к показателям надежности СВЧ модулей и методы их оценки 18
1.3 Физика отказов 24
1.4 Выводы и постановка задачи диссертации 48
Глава 2. Анализ причин и механизмов отказов твердотельных СВЧ модулей 50
2.1 Анализ причин отказов передающего канала СВЧ модулей 50
2.2 Анализ причин отказов вторичных источников питания твердотельных СВЧ модулей 61
2.3 Выводы 70
Глава 3. Построение модели отказов твердотельных СВЧ модулей 71
3.1 Качественная модель процесса возникновения отказов, обусловленных термоциклированием 71
3.2 Анализ зависимости числа термоциклов до возникновения отказа от амплитуды термоциклов 73
3.3 Анализ тепловой модели СВЧ транзисторов и расчет амплитуды термоциклов в периодическом режиме 77
3.4 Выводы 97
Глава 4. Разработка технических мероприятий по обеспечению надежности твердотельных СВЧ модулей 98
4.1 Рекомендации по выбору режимов эксплуатации и "конструкции СВЧ модулей . 98
4.2 Отбраковочные испытания, выбор режимов 99
4.3 Выводы 105
5. Заключение 107
6. Список литературы
- Современные требования к показателям надежности СВЧ модулей и методы их оценки
- Выводы и постановка задачи диссертации
- Анализ причин отказов вторичных источников питания твердотельных СВЧ модулей
- Анализ тепловой модели СВЧ транзисторов и расчет амплитуды термоциклов в периодическом режиме
Введение к работе
Актуальность работы.
Важнейшими составными частями обеспечения обороноспособности страны и безопасности воздушного движения над ее территорией являются охрана воздушного пространства, противовоздушная оборона.
Ключевая роль в решении этих задач принадлежит радиолокационным системам и построенным на их основе комплексам, используемым в Радиотехнических войсках ВВС. На рубеже 1990-2000 гг. стало возможным создание полностью твердотельных радиолокационных станций (РЛС) в L- и S-диапазонах длин волн с зеркальными антеннами и активными фазированными антенными решетками. В современных РЛС используется от нескольких десятков до тысячи модулей, причем в каждом передающем модуле до 10 мощных СВЧ транзисторов. Преимущество твердотельных РЛС неразрывно связано с переходом от сосредоточенных к распределенным источникам СВЧ мощности в виде модулей. Применение большого количества СВЧ модулей приводит к повышению живучести станции в целом, поскольку отказ даже 10-20% от общего числа модулей не лишает РЛС работоспособности. При этом становится возможным за счет использования запасных (резервных) модулей и ремонта отказавших обеспечить непрерывную работоспособность РЛС в течение срока службы (10^-25 лет). В этой ситуации крайне актуальной является задача по изучению физики отказов передающих СВЧ модулей и разработке мероприятий по повышению их надежности и, соответственно, живучести РЛС. Физические основы надежности комплектующих изделий (интегральных схем, СВЧ и силовых транзисторов) интенсивно развивались как в России, так и за рубежом [1-5]. Особый вклад в это направление внесли такие ученые, как Аронов В.Л., Диковский В.И., Рубаха Е.А., Синкевич В.Ф., Сыноров В.Ф., Петров Б.К. и др.
Целью работы является исследование причин и механизмов отказов передающих СВЧ твердотельных модулей, возникающих в процессе производства и в реальных условиях эксплуатации, и на этой основе разработка эффективных мер по обеспечению их надежности.
Для достижения поставленной цели решался следующий комплекс взаимосвязанных теоретических и организационных технических задач:
исследование причин отказов, определяющих надежность твердотельных СВЧ модулей при работе в составе РЛС;
построение моделей отказов в импульсно-периодическом режиме работы обусловленных, деградацией металлизации транзисторов;
разработка эффективных методов отбраковочных испытаний твердотельных СВЧ модулей с учетом реальных режимов их эксплуатации;
разработка конструктивно-технологических предложений по обеспечению требуемых показателей надежности модулей.
Исследования по теме диссертации проводились в ФГУП НПП «Пульсар» в процессе выполнения ОКР и поставочных работ («Панцирь», «Утес»).
Объектом исследования настоящей диссертации послужили СВЧ модули, созданные для твердотельных РЛС («Панцирь», «Утес»). Научная новизна.
1. Предложен физический механизм отказов транзисторов в СВЧ модулях, причиной которых являются резкие изменения температуры транзистора вследствие периодических импульсов СВЧ-мощности с заданной скважностью. При этом, возникают импульсные механические напряжения, происходит деградация многослойной металлизации транзисторов, которая завершается тепловым пробоем в транзисторах.
Установлено, что с ростом амплитуды мощности и длительности tH при большой скважности Q периодических СВЧ импульсов, число термоциклов и, соответственно, время наработки модулей на отказ, уменьшается в основном за счет роста амплитуды термоциклов.
Установлено, что механизм отказов вторичных источников питания в условиях эксплуатации СВЧ модулей связан с токовой перегрузкой, возникновением сквозных токов, перегревом и выгоранием элементов источника питания.
Для повышения надежности СВЧ модулей предложено: использовать СВЧ транзисторы с металлизацией на основе Ti-Pt-Au, вместо металлизации Мо-А1 (Си), что позволяет уменьшить разницу температурных коэффициентов расширения металлизационных слоев; обеспечивать амплитуду термоциклов с запасом относительно режимов, допустимых по техническим условиям, за счет контроля импульсного теплового сопротивления транзисторов и выбора импульсной мощности Ри.
Для обеспечения эффективности отбраковочных испытаний СВЧ модулей необходимо при прогоне устанавливать предельно допустимый режим эксплуатации:
Т окр - температура окружающей среды +60С;
Un макс - максимально допустимое напряжение питания;
tH макс - максимальная длительность импульсов; _ Q мин _ минимально допустимая скважность;
- токовая нагрузка вторичного источника питания должна превышать
нормы ТУ.
Достоверность полученных результатов:
Полученные теоретические и практические результаты подтверждаются большим объемом испытаний модулей, использованием адекватных моделей развития отказов в твердотельных СВЧ модулях, эффективным внедрением предложенных методов обеспечения надежности на практике.
Основные положения, выносимые на защиту:
Основным механизмом отказов СВЧ модулей при работе в импульсно-периодических режимах является развитие усталостных явлений и деградация системы металлизации СВЧ транзисторов, вследствие воздействия на их структуру термоциклов, что приводит к уменьшению напряжения лавинного пробоя Uk3r и необратимому тепловому пробою транзистора.
С ростом длительности и амплитуды периодических СВЧ импульсов мощности при больших значениях скважности время наработки на отказ СВЧ модулей резко уменьшается за счет, возрастания амплитуды термоциклов.
Отказы вторичного источника питания СВЧ модулей в условиях эксплуатации вызваны воздействием токовой перегрузки и как следствие появлением сквозных токов в силовых транзисторах, перегрева и выгорания элементов источника питания.
Для обеспечения требуемых показателей надежности твердотельных СВЧ модулей необходимо:
использовать транзисторы с системой металлизации на основе Аи, вместо металлизации на основе Мо-А1, прошедшие контроль значений RTH ;
проводить 100%-ный технологический прогон модулей в предельных режимах, максимально приближенных к условиям эксплуатации;
проводить контроль перегрева и технологический прогон платы вторичного источника питания;
в условиях эксплуатации обеспечить запас по амплитуде термоциклов не менее 20% относительно норм ТУ
Практическая значимость.
Практическая ценность диссертации заключается в разработке и внедрении комплекса технических мероприятий по обеспечению требуемых показателей надежности твердотельных СВЧ модулей, используемых в современных радиолокационных станциях различного назначения. К этим мероприятиям относятся:
рекомендации по конструктивным изменениям СВЧ транзисторов, а также составу отбраковочных испытаний, обеспечивающие устойчивость транзисторов к термоциклированию. В частности, для СВЧ-транзисторов необходима металлизация на основе Ti-Pt-Au, вместо Мо-А1. Устойчивость транзисторов к термоциклированию повышается при отбраковке транзисторов с повышенным RTH;
с целью обеспечения эффективности, отбраковочные технологические испытания СВЧ твердотельных модулей проводят в предельных СВЧ режимах эксплуатации;
с целью обеспечения запасов по электрическим и тепловым нагрузкам режимы эксплуатации должны устанавливаться с учетом того, что амплитуда термоциклов AT макс не должна превышать 125С;
с целью обеспечения запасов к токовым перегрузкам вторичного источника питания модулей, необходимо проводить контроль перегрева элементов и технологический прогон платы источника питания;
Разработанные рекомендации позволили существенно (на порядок) повысить надежность (среднюю наработку до отказа) СВЧ модулей в изделиях «Панцирь» и «Утес».
Апробация работы. Содержание и результаты работы доложены и обсуждены на IV международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, технике и образовании» г. Пицунда 26-28 сентября 2008 года и VII научно-технической конференции «Твердотельная электроника, сложные функциональные блоки РЭА» г. Москва 07-08 октября 2008 года.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Работа изложена на 113 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков и 6 таблиц.
Современные требования к показателям надежности СВЧ модулей и методы их оценки
Как отмечалось выше, одним из ключевых направлений инновационного развития перспективных систем радиолокации является замещение твердотельными транзисторными СВЧ усилителями мощности вакуумных импульсных источников сигналов излучения. В связи с достижениями в области создания мощных кремниевых СВЧ транзисторов это направление особенно актуально для дециметрового диапазона длин волн.
С точки зрения анализа надежности твердотельных СВЧ модулей, разрабатываемых для перспективных РЛС следует иметь в виду два следующих определяющих фактора: во-первых особенностью основной номенклатуры современных РЛС является импульсный режим работы; во-вторых на ближайшие 15-20 лет кремниевые СВЧ транзисторы остаются для импульсных систем радиолокации и в России, и за рубежом практически безальтернативными в качестве компонентной базы твердотельных усилителей мощности.
С точки зрения параметров импульсного сигнала современные РЛС достаточно условно можно разделить на три основных класса: - коротко импульсные РЛС, работающие с импульсами длительностью 1-10 мкс. Такие режимы характерны для РЛС систем УВД; - длинно импульсные РЛС, работающие с импульсами длительностью 500-5000 мкс и скважностью 5-20. Такие режимы характерны для РЛС дальнего обнаружения (500 км и более); - наиболее распространенным является промежуточный класс РЛС с дальностью до 500 км, работающих с импульсами длительностью 10-300 мкс и скважностью 5-20. Как указывалось выше, для анализа выбраны два разнотипных и в то же время наиболее характерных для этого класса РЛС твердотельных СВЧ модуля: - импульсные усилители мощности L диапазона, предназначенные для применения в твердотельных передатчиках стационарных радиолокационных станций систем управления воздушным движением («Утес») (Рис. 1.3); - импульсные усилители мощности S диапазона, предназначенные для применения в активных фазированных антенных решетках подвижных станций обнаружения целей комплекса IPC 1-IE («Панцирь») (Рис. 1.4). Твердотельные узлы, блоки и модули для аппаратуры радиолокации, связи и электропитания В таблице 1 представлены основные сравнительные тактико-технические характеристики указанных модулей.
Как видно из анализа таблицы, несмотря на кажущуюся разнотипность, модули имеют ряд общих черт, определяющих их надежностные характеристики:
1. Ввиду работы их в более или менее широком температурном диапазоне конструктивно изделия должны представлять собой конструкцию с общей герметизацией.
2. Модули работают в импульсном режиме, что предопределяет импульсные тепловые режимы основных тепловыделяющих элементов в них входящих.
3. Ввиду высоких значений повышенных рабочих температур и значительной выделяемой мощности оба типа модулей снабжены элементами внешнего охлаждения. При этом конструкция модулей должна предусматривать минимальное тепловое сопротивление между основными тепловыделяющими элементами и внешним теплоотводом.
4. Оба типа модулей снабжены вторичными источниками питания. С точки зрения надежностных характеристик это означает необходимость учета параметров надежности встроенных источников питания на общие характеристики надежности модулей.
С учетом особенностей режимов применения рассматриваемых модулей, в число показателей, характеризующих их надежность входят средняя наработка, ресурс, срок службы, а также срок сохраняемости.
Применительно к настоящей работе важнейшим анализируемым показателем надежности является показатель безотказности. При этом, с учетом того, что ремонт столь сложных модулей с общей герметизацией производится только на специализированном предприятии, речь следует вести о параметре «средняя наработка до отказа», определяемое как «математическое ожидание наработки объекта до первого отказа» [1].
Связь параметра «средняя наработка до отказа» (Тер) и интенсивности отказов (А,) выражается формулой А,=-[1п(у/100)/Ту]=1/Тср, где Тт - гамма-процентная наработка до отказа
Обеспечение надежности разрабатываемых модулей является комплексной задачей и производится на основании ТЗ на разработку и в соответствии с программой обеспечения надежности (ПОН), разрабатываемой на основании [2, 3].
Выводы и постановка задачи диссертации
Наиболее естественным и распространенным деградационным процессом в транзисторной структуре является взаимная диффузия разнородных материалов в зоне их контакта. Очевидно, в современном транзисторе подобных зон немало.
Взаимная диффузия протекает при любой температуре, ускоряется при нагревании, может ускоряться электрическим полем, хотя и не требует для своего развития, чтобы транзистор находился в рабочем состоянии.
В соответствии с термодинамическими законами, взаимная диффузия -принципиально необратимое явление и в этом смысле представляет собой подлинно деградационный механизм, в отличие, например, от электромиграции, которую можно "обратить", если направление тока изменить на противоположное.
Нужно сказать, что в транзисторных структурах взаимная диффузия протекает практически повсеместно - с различной скоростью, с различной интенсивностью, однако, далеко не всегда ее последствия существенно сказываются на надежности, наиболее критичны в этом плане активные электрические зоны - р-п переходы, область индуцированного канала, омические контакты и др. Даже незначительные нарушения совершенства структуры в этих зонах могут привести к параметрическому отказу транзистора. Взаимная диффузия на границе раздела Al-Si.
Этот механизм деградации наиболее существенен в биполярных модных СВЧ транзисторах - в этих приборам: взаимная диффузия в системе А1-Зіприводит к увеличению сопротивления базовой и эмиттерной металлизации и к деградации эмиттерного перехода [13,19,28]. Взаимная диффузия идет по пути растворения Si в А1, поскольку парциальный коэффициент диффузии кремния в алюминий DSI-AI больше, чем коэффициент диффузии алюминия в кремний DAi-si Под воздействием повышенной температуры на границе раздела возникают различные по величине встречные потоки атомов алюминия и кремния. Это приводит к образованию в приграничной области кремния избыточных (неравновесных) вакансий и соответствующего градиента вакансий. Диффузия вакансий (или заполнение вакансий атомами алюминия) будет практически выравнивать потоки через границу раздела8і-А1[13,19,28]. В результате скорость взаимной диффузии на начальном этапе характеризуется некоторым эффективным коэффициентом диффузии D»DAi-si- Однако через некоторое время образуется твердый насыщенный раствор кремния в алюминии, и процесс практически прекращается.
При работе транзистора в активном режиме процесс взаимной диффузии может быть продлен и даже ускорен током, протекающим через границу раздела. Это происходит в том случае, если направление "электронного ветра" способствует уносу атомов кремния от границы Si-Al контактные площадки. То есть ускоренная деградация должна наблюдаться на эмиттерных дорожках p-n-р транзисторов, что и было обнаружено в эксперименте. Наибольшая глубина и линейные размеры ямок травления оказались в тех областях эмиттерной металлизации p-n-р транзистора, где плотность тока и температура были максимальные.
Рассмотренный механизм ограничивает долговечность транзисторов, имеющих малую глубину залегания эмиттерного перехода ( 1мкм) и очень тонкую базу. Имея Еа=1 эВ, этот механизм становится преобладающим! при Т 180С. Стремление ослабить процесс проникновения Si в Аістимулировало разработку многослойных систем металлизации на основе тугоплавких металлов: Мо-А1, NiCr-АІи др. "Пурпурная чума".
Образование интерметаллического соединения между золотом и алюминием (Au5Al2, AibAljAuAb, и др. [13,28]) называемого "пурпурной чумой", происходит в результате взаимной диффузии этих материалов в области термокомпрессионного контакта. Образующийся интерметалл служит как бы стеком для атомов А1 и Аи, вследствие чего в контактных площадках и проволоке вывода накапливаются пустоты и происходит потеря управления.
Время наработки до отказа может быть определено, как время, за которое взаимная диффузия Au-Al (т.е. пурпурная чума) распространится на всю толщину контактного слоя 1с, т.е. t -± Н v удиф где УдИфСкорость продвижения диффузионного фронта. Поскольку Уд„ф 0, а D expf — -М, то tH exp (TZ)H, следовательно, развитие "пурпурной чумы" подчиняется классическому уравнению Аррениуса. Энергия активации этого механизма деградации в арсенидгаллиевых транзисторах имеет большой разброс: Еа=0,5 -1,1эВ [13, 19, 28].
Характер развития отказа можно отнести к релаксационному типу, поскольку постепенное изменение какого-либо параметра не наблюдается. Возможно незначительное увеличение коэффициента шума, но основным предвестником отказа является наличие перемежающегося контакта с потерей управления затвором, на этой стадии термокомпрессионное соединение, как правило, уже полностью деградировало, в чем легко убедиться при наблюдении в оптический микроскоп.
Анализ причин отказов вторичных источников питания твердотельных СВЧ модулей
Результаты выполнения Программы анализа отказов изделия ВУМ -2700-2900 150 БКВП 468714.017 ТУ при опытной эксплуатации у инозаказчика 760 изделия 1РС1-1Е.
П. 1. Программы. Анализ 6 блоков ВУМ , отказавших при опытной эксплуатации у инозаказчика 760 изделия 1РС1-1Е показал, что во всех блоках наблюдались перегорания дорожки печатной платы в месте подвода питающего напряжения «+35 В» к вторичному источнику питания (ВИП), обеспечивающего питание сборки 1Р4АВ03А УВАИ 434856.003 (ППМДСДО). В 2 блоках наблюдалось оплавление припоя в местах пайки выводов ключевых транзисторов IRF640 ВИП.
П.2. Программы. По статистике частота отказов при технологическом прогоне в процессе изготовления 240 ВУМ (Т=62,5С, время 72 часа, токи нагрузки источника питания максимальные по нормам ТУ) составила 0,125 отказа/час, что в 16 раз меньше, чем при пусконаладочных работах и опытных прогонах в ОАО «НПО «ЛЭМЗ» .
П.З. Программы. В модулях была установлена перемычка на месте сгоревших проводников. Все 6 блоков восстановили работоспособность по всем параметрам. В настоящее время блоки находятся на технологическом прогоне при предельной температуре 62,5С и токовой нагрузке источника питания увеличенной в 1,3 раза относительно норм ТУ.
П.4. Программы 1) Анализ режимов эксплуатации по токам потребления ППМ в соответствии с БКВП 434856 .029ТУ показал , что их значения соответствуют нормам по ТУ наВУМ-2700-2900-150 («Ш=+9,5 В», Imax=l,8 A; «U2=-9,5 В», Гтах=0,2 А);
2) По каналам питания блоков 1РЗПН03А УВАИ. 467522.0ЮТУ (КДО) («U3=+8,0 В»; («U4=-8,0 В»; ) анализ провести не удалось так как на субблок 1РЗПН03А УВАИ. 467522.0 ЮТУ (КДО) и на сборку 1Р4АБ03А УВАИ. 434856003.0ЮТУ (КДО,ППМ), разработанными ОАО «ВНИИРТ» нормы на J токи потребления и их проверка не предусмотрены как на приемосдаточных, так и на периодических испытаниях.
П.5. Программы 1) По цепи «Ш=+9,5 В» питание НИМ, (табл.1 БКВП 434856 .029ТУ) проведена проверка работоспособности при Інмах=4,5 А (превышение нормы ТУ более 2 раз) При этом остальные каналы нагружались номинальным током. Прогон в течение 1 часа показал, что блок полностью сохраняет работоспособность и все параметры остаются в пределах норм ТУ.
2) По цепи «U3=+8,0 В» питание , (табл.1 БКВП 434856 .029ТУ) проведена проверка работоспособности при 1нмах=4,5 А (превышение нормы ТУ более 2 раз) При этом остальные каналы нагружались номинальным током. Прогон в течение 1 часа показал, что блок полностью сохраняет работоспособность и все параметры остаются в пределах норм ТУ.
3) Одновременно при «Ш=+9,5 В» питание ППМ, и «U3=+8,0 В» питание КДО и при токах нагрузки 1нмах=4,5 А, и 1нмах=2,5 А проведена проверка работоспособности. При этом остальные каналы нагружались номинальным током. Прогон в течение 0,5 часа показал, что блок полностью сохраняет работоспособность и все параметры остаются в пределах норм ТУ.
П.6. Программы. В ВИП, обеспечивающем каналы питания 1Р4АБ03А УВАИ. 434856003.0ЮТУ (КДОДШМ) для моделирования процесса возможного возникновения сквозных токов в управлении ключевыми транзисторами уменьшалось в 10 раз «мертвое время -задержка для переключения транзисторов» (обеспечивает запасы по разбросу параметров элементов схемы). Прогон в этом режиме при номинальных нагрузках в течение 1 часа приводил к дополнительному перегреву трансформатора на 15 С, при этом параметры источника питания сохранялись в пределах норм ТУ.
П.7. Программы. На токоведущую дорожку печатной платы в месте подвода питающего напряжения «+35 В» к ВИП от внешнего источник пода 67 вался ток 10А. В течение 0,5 часа перегрев дорожки составлял от 5 до 35С, для разных плат. Сгорание дорожки на одной из плат было зафиксировано при 15 А. В номинальном режиме максимальный ток через эту дорожку составляет не более 2А. (Расчетные оценки зависимости температуры перегрева дорожки от величины I приведены на рисунке 2.5а).
Проведенные исследования показали, что источники питания ВУМ обладают значительным запасом по токам потребления относительно норм ТУ. По характеру отказа (перегорание дорожки печатной платы) возможной причиной является режим по выходам (обеспечивающим питание сборки 1Р4АБ03А УВАИ. 434856003.01 ОТУ (КДО, ППМ) ) источника питания с перегрузками более 3-5 раз относительно норм ТУ на максимальных рабочих температурах (рис. 2.5 б). Для повышения надежности СВЧ модулей в условиях эксплуатации предложено: - проводить технологический прогон модулей в динамическом режиме потребления тока по каналу (+10В) питания сборки 1Р4АБ03А; - ввести проверку плат источника питания на наличие запасов по току потребления; - ввести контроль перегрева платы ВИП с помощью инфракрасного микроскопа; - использовать стеклотекстолитовые платы с большей толщиной металлизированных дорожек, что повысит их устойчивость к токовым перегрузкам. Внедрение перечисленных технических мероприятий, а также исключение возможности возникновения режима, когда по цепи +10В ВИП формируется непрерывное потребление позволило на порядок уменьшить процент отказов ВИП.
Анализ тепловой модели СВЧ транзисторов и расчет амплитуды термоциклов в периодическом режиме
Проведенные исследования позволяют сформулировать основные технические рекомендации по выбору режимов эксплуатации и конструкции модулей. Очевидно, с учетом установленного механизма отказов, обусловленного термоциклированием активной области структуры СВЧ транзисторов, эти рекомендации должны сводиться к следующим: - необходимо выбирать режим эксплуатации (tu, Q, Ри), обеспечиваю щий при заданной конструкции модуля и структуре транзисторов до пустимое значение амплитуды термоциклов ( 150С), выбирать Un UK3oJ - использование конструктивных приемов, обеспечивающих минимальное значение теплового сопротивления в импульсном периодическом режиме RIH (использование медных пластин, на которые крепится СВЧ транзистор, выбор эффективного принудительного охлаждения модулей); - использование СВЧ транзисторов с устойчивой к термоциклированию системой металлизации, например, Ti-Pt-Au; - проводить 100% отбраковочные испытания комплектующих мощных приборов и модулей в целом с целью отбраковки изделий со скрытыми дефектами.
Для обеспечения запасов источника питания модулей к токовым перегрузкам, внедрены следующие мероприятия: - увеличения в 1,3 раза сверх норм ТУ токовой нагрузки при технологических прогонах модулей, обеспечение динамического режима потребления по цепи питания сборки АБОЗ; - выбора стеклотекстолита, с более высокой теплопроводностью и толщиной проводников; - введение отбраковки плат источников питания при повышенной температуре окружающей среды по величине перегрева сердечника трансформатора; - внедрение мероприятия по повышению устойчивости к возникновению сквозных токов, за счет увеличения времени задержки между моментом включения и выключения силовых транзисторов во вторичном источнике питания.
Используя методы отбраковочных испытаний СВЧ модулей на этапе изготовления серийных образцов можно выявить и отбраковать изделия со скрытыми дефектами. В результате чего при эксплуатации число ранних отказов модулей, связанных с наличием скрытых дефектов может быть заметно уменьшено. Поэтому выбор методики и режимов отбраковочных испытаний, обеспечение их эффективности для твердотельных СВЧ модулей, предназначенных для РЛС различного назначения, является актуальной научной задачей имеющий большое практическое значение.
Исследовались твердотельные СВЧ модули для РЛС различного назначения. Выбор наиболее эффективных видов воздействия ВФ (внешних факторов) основывается на том, что каждый из них инициирует проявление определенных типов дефектов, которые преобладают в модулях изготавливаемых по определенному технологическому процессу. К типичным видам производственных дефектов модулей относятся: дефекты изготовления плат, дефекты сборки, монтажа плат и блоков, дефекты пайки, дефекты комплектующих приборов и др.
Рекомендуется [47] в качестве внешних факторов при проведении отбраковочных испытаний аппаратуры использовать воздействие циклически изменяющейся температуры, случайной вибрации (ударов) и повышенной температуры.
Воздействие циклически изменяющейся температуры приводит к деформации и термическим напряжениям в элементах аппаратуры, способствует проявлению механических дефектов: растрескиванию и расслаиванию покрытий, разрыву уплотнений паянных соединений и швов в корпусе и т.д. С ростом градиентов температуры влияние этих дефектов возрастает особенно на границе деталей с различным коэффициентом теплового расширения.
Вибрация (удары) способствует выявлению дефектов, связанных с неудачными конструктивными решениями и недостатками технологического процесса. Вибрация приводит к возникновению усталостных повреждений в материалах конструкций.
Воздействие повышенной температуры и электрического режима эквивалентного режиму эксплуатации СВЧ модулей (технологический прогон) приводит к отказам комплектующих изделий, а также межсоединений. Поскольку режим работы СВЧ модулей импульсно-периодический, то в процессе технологического прогона происходит термоциклирование в первую очередь структуры активных, тепловыделяющих элементов, где возникают значительные градиенты температуры . Поэтому этот вид отбраковочных испытаний твердотельных СВЧ модулей важен для данного класса аппаратуры. Исследования, позволяющие выбрать режим и условия проведения технологического прогона твердотельных СВЧ модулей, обеспечивающие высокую эффективность отбраковки (К0 — отношение количества отказов, выявленных в процессе отбраковки к суммарному количеству отказов, выявленных в процессе отбраковки, приемосдаточных периодических испытаний и эксплуатации), являются значимым фактором в обеспечении качества поставляемых заказчику модулей.
