Сидняев Н. И. / Sidnyaev, N. I.
Московский государственный тех- нический университет им. Н. Э. Баумана / Bauman Moscow State Technical University
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1702-004052
Сидняев Н. И. Обзор исследований физики отказов для оценки показателей надежности радиоэлектронных приборов современных РЛС // Физические основы приборостроения. 2017. Т. 6. № 2(24). С. 4–52.
Sidnyaev, N. I. Review of Studies on the Physics of Failures for Reliability Assessment of Electronic Devices Modern Radar // Physical Bases of Instrumentation. 2017. Vol. 6. No. 2(24). P. 4–52.
Аннотация: Обзор посвящен вопросам повышения эффективности и надежности радиоэлектронного оборудования. Про- веден анализ существующих отечественных и зарубеж- ных методических подходов при испытании радиоэлек- тронных устройств (РЭУ), физики отказов с точки зре- ния оценки показателей надежности. Изложены аспекты случайных процессов в теории надежности, наработка на отказ и интенсивность отказов. Показаны области безопасной работы РЭУ, механизмы деградаци- онных отказов. Обоснованы основные факторы физиче- ской надежности мощных силовых микросхем и методы прогнозирования отказов полупроводниковых прибо- ров при помощи дробного дифференцирования. Прове- ден системный анализ эффективных методов стабили- зации поверхностного заряда в электронных структу- рах, моделей усталостного разрушения контактных сое- динений в полупроводниковых приборах, микроскопи- ческих контактов алюминиевого проводника в интегральных схемах (ИС), механизма отказа алюмини- евых межсоединений в ИС, токопроводящих элементов ИС в зависимости от конструктивных особенностей и технологических режимов. Изложены механизмы отказа мощных СВЧ транзисторов при рассогласовании. Проведена оценка влияния ионизирующих излучений на деградацию электрических параметров интеграль- ных логических схем, воздействия радиации на избы- точные шумы ИС с целью выявления дефектных прибо- ров РЭУ, а также доотказовой деградации арсенидогал- лиевых полупроводниковых приборов. Отказы кремни- евых планарных транзисторов изучены с использова- нием гамма-обработки. Систематизированы механизмы старения керметных резисторов. Определены параме- трические отказы непроволочных переменных рези- сторов и методы определения влияющих факторов физического прогнозирования. Неоднородные элек- трические поля показаны как причина отказа высоко- вольтных керамических малогабаритных конденсато- ров. Проведен анализ термоупругих напряжений с точки зрения механической деструкции и отказов высо- ковольтных высокочастотных керамических конденса- торов, механизмов нарушения электрической прочно- сти керамических конденсаторов высокого напряже- ния. Обоснована целесообразность совершенствования и внедрения РЭУ в разрабатываемый комплекс государ- ственных стандартов для проектирования РЛС.
Abstract: The review is devoted to the problems of improving the efficiency and reliability of electronic equipment. The analysis of existing domestic and foreign methods and procedures for testing electronic devices (ТED), failure physics from the point of view of an estimation of indicators of reliability. Describes aspects of stochastic processes in the theory of reliability, time to failure and failure rate. Shows the safe operating area of ТED, the degradation mechanisms of failures. The main physical factors of reliability of power circuits and methods for predicting failures of semiconductor devices using fractional dierentiation. A systematic analysis of the effective methods of stabilization of surface charge in electronic structures, models of fatigue fracture contact connections in semiconductor devices, microscopic aluminum conductor contacts in integrated circuits (IS), themechanismoffailureofaluminuminterconnects in IC, the conductive elements of IP, depending on design features and technological regimes. Described failure mechanisms high-power microwave transistors at the misalignment. The estimation of influence of ionizing radiation on the degradation of electrical parameters of integrated logic circuits, radiation exposure to excessive noise integrated circuits for the purpose of identifying defective devices REU, as well as goodenovii degradation arsenicalis semiconductor devices. The failure of silicon planar transistors studied using gamma processing. Systematic mechanisms of aging cermet resistors. Defined parametric failures neprosadochnyh variable resistors and methods for determining the influencing factors of physical prediction. Non-uniform electric field are shown as the cause of failure of high voltage ceramic small capacitors. The analysis of thermoelastic stresses from the point of view of mechanical degradation and failure of high- voltage high-frequency ceramic capacitors, mechanisms of violation of electric strength of ceramic high voltage capacitors. The expediency and areas for improvement and implementation of REU in currently developed a set of state standards for the design of the radar.
Ключевые слова: теория, случайные про- цессы, отказ, интенсивность отказов, безопасность, деградация, микросхемы, разрушение, соединение, эле- менты, нагрузка, дефекты, старение, качество, анализ, reliability, theory, random processes, failure, failure rate, safety, degradation, chip, fracture, compound, elements, load, defects, aging, quality, теория
Литература / References
- Теоретические основы радиолокации: Учебн. пособие для вузов / А.А. Коростелев, Н.Ф. Клюев, Е.А. Мельник и др.; Под ред. В.Е. Дулевича / М.: Сов. радио, 1978. 608с.
- Барзилович Е.Ю. Вопросы математической теории надежности. М.: Радио и связь, 1983. 376с.
- Червоный А.А., Лукъященко В.И., Котин Л.B. Надежность сложных систем. М.: Машиностроение, 1976. 286с.
- Сидняев Н.И., Мельникова Ю.С., Храпов П.В. и др. Влияние температурного режима криолитозоны на надежность оснований/Проблемы машиностроения и надежности машин. 2012. № 3. С. 81-88.
- Алексенко А.Г. Физический подход к проблеме надежности микроэлектронной аппаратуры // Изв. Вузов СССР. Радиоэлектроника. 1968. Вып. 7. С. 704-718.
- Десятов И.Б., Иванова Л.И., Рубаха Е.А. и др. Механизмы усталостной деградации структур мощных планарных приборов в импульсных режимах. Спецэлектроника. Сер 2, 1985, С. 111-121.
- Докучаев Ю.П., Синкевич В.Ф., Таран П.В. Разработка и производство СВЧ модулей для PЛC. Петербургский журнал электроники № 3-4, 2004 г. стр. 135-146.
- Малафеев С.Н., Копейкин А.И. Надежность технических систем. Примеры и задачи: Учебное пособие. СПб.: Издательство «Лань», 2012. 320с.
- Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем / пер. с англ. М.: Мир, 1980. 604с.
- Алексанян И.Т., Кривошапко В.М., Рубаник И.Т. Моделирование электромиграционных отказов элементов ИС на ЭВМ. Электронная техника. Сер.8. 1976-№ 6. С. 39-47.
- Половко А.М. Основы теории надежности. Практикум//А.М.Половко, С.В. Гуров. СПб.: БХВ-Петербург, 2006. 560с.
- Надежность технических систем: справочник// под ред. И.А. Ушакова. М.: Радио и связь, 1985. 608с.
- Рудзит Я.А. Основы метрологии, точность и надежность в приборостроении//Я.А. Рудзит, В.Н. Путалов. М.: Машиностроение, 1991. 303с.
- Пыхтунова А.А., Сопов О.В. Нестабильности в МДП-структурах: Обзоры по электронной технике. Сер. 2, Полупроводниковые приборы. М.: ЦНИИ «Электроника», 1977. 74с.
- Физическая энциклопедия/ под ред. А.М. Прохорова. В 6 т. М. Большая Российская энциклопедия, 1992. Т. 3. Магнитоплазменный-Пойтинга теорема. 672с.
- Фикс В.Б. Ионная проводимость в металлах и полупроводниках. М.: Наука. 1969. 295с.
- Булгаков О.М. Некоторые приложения декомпозиционных моделей мощных ВЧ и СВЧ транзисторов на основе изоморфно-коллективного подхода/О.М. Булгаков. Воронеж: Воронежский государственный университет, 2006. 236с.
- Горлов М.И. Геронтология кремниевых интегральных схем / М.И. Горлов, В.А. Емельянов, А.В. Строганов. М.: Наука, 2004. 240с.
- Булгаков О.М., Петров Б.К. Влияние геометрии монтажно-соединительных элементов на устойчивость мощных СВЧ транзисторов к рассогласованию с нагрузкой // Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология): материалы докладов XXXV Международного научно-технического семинара (Москва, 9-12 ноября 2004 г.). М.: МНТОРЭС им.А.С.Попова, МЭИ (ТУ), 2005. С. 83-87.
- Рыжкин А.А. Основы теории надежности: учебное пособие//А.А. Рыжкин, Б.Н. Слюсарь, К.Г. Шучев. Ростов-н/Д.: Издательский центр ДГТУ, 2002. 182с.
- Красулин Ю. Л, Назаров Г.В. Микросварка давлением. М.: Металлургия, 1976. 242с.
- Конский И.П., Горюнов Н.Н. Устройство для оптического контроля интегральных схем. М.: Сов. радио, 1978. 242с.
- Сидняев Н.И. Теория фазовых переходов и статистические явления механики наноструктурированных веществ// Вестник МГТУ. Спец. вып. «Наноинженерия. Приборостроение», 2010. С. 9-22.
- Шанк Ф. Структура двойных сплавов. М.: Металлургия, 1973, 115с.
- К теории электромиграционного разрушения тонкопленочных проводников: Реф. докл. Всесоюзн. совещания по физике отказов, 1975 г. / Институт проблем управления. М., 1975. 43с.
- Борицкая Л.H. Модель распределения ионов в пленке окисла полупроводника вблизи р-n перехода//Тр. МИИТа. 1955. Вып. 552. С. 45.
- Митчелл Дж., Уилсон Д. Поверхностные эффекты в полупроводниковых приборах, вызванные радиацией. М.: Атомиздат, 1970. 28с.
- Кернер Б.С. и др. Микроэлектроника. М.: Сов. радио, 1978. 188с.
- Федоров В.К. Контроль и испытания в проектировании и производстве радиоэлектронных средств // В.К. Федоров, Н.П. Сергеев, А.А. Кондрашин. М.: Техносфера, 2005. 504с.
- Рубаха Е.А., Синкевич В.Ф. Электронная техника. М.: Сов. радио, 1976. с. 119-128.
- Алексанян И.Т. и др; Электронная техника. М.: Сов. радио, 1976. с. 39-47.
- Чигогидзе Л.M. и др. Физика и техника полупроводников. М.: Сов. радио, 1972.. с. 18-32.
- Павлов И.В. Оценка надежности для модели ускоренных испытаний с переменной нагрузкой //Надежность, 2013. № 1. С. 68-79.
- Садыхов Г.С. Остаточный ресурс технических объектов и методы его оценки. М.: Знание, 1986. 50с.
- Конский И.И. и др. Устройство для оптического контроля интегральных схем. Авт. свид. № 594467, бюл. изобр. № 7, 1978.
- Управление качеством электронных средств / под ред. О.П. Гудкина. М.: Высшая школа, 1994. 414с.
- Воронков И.Е. и др. Электронная техника. М.: Сов. радио, 1977. с. 35-44.
- Сотсков Б.С. Основы теории и надежности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники. М.: Высшая школа, 1970. 272с.
- Павлов И.В. Расчет показателей надежности в условиях переменного режима работы // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2012. № 5. С. 103-108.
- Богородицкий Н.П. и др. Высоковольтные керамические конденсаторы. М.: Сов. радио, 1970. 207с.
- Гедзюн В.А., Семенов А.И. Электрическая прочность радиокерамики при воздействии электрического поля низкой частоты. М.: Электронная техника, 1972. С. 28-42.
- Сидняев Н.И. Модели и методы оценки остаточного ресурса изделий радиоэлектроники / Г.С. Садыхов, В.П. Савченко, Н.И. Сидняев. Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. 382с.
- Мучник А.Н, Гиндикин С.Т. Решение проблемы полноты для систем функции алгебры логики с ненадежной реализацией, В сб. «Проблемы кибернетики». М.: Физматгиз, 1965. с. 48-62.
- Карибский В.В., Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Методы контроля и поиска неисправностей: В сб. «Абстрактная и структурная теория синтеза релейных систем». М.: Физматгиз 1966. С. 62-92.
- Сидняев Н.И., Мельникова Ю.С. Метод нахождения показателей структурной надежности/ Международная конференция «Теория вероятностей и ее приложения», посвященная 100-летию со дня рождения Б.В. Гнеденко (Москва, 26-30 июня 2012 года): Тезисы докладов Под. ред. А.Н. Ширяева, А.В. Лебедева. М.: ЛЕНАНД, 2012. С. 260-261.
- Бусленко Н.П., Шрейдер Ю А. Метод статистических испытаний. М.: Физматгиз. 1961. 344 с.
- Сидняев Н.И. Математическое моделирование оценки надежности объектов сложных технических систем// Проблемы машиностроения и надежности машин, 2003. № 4. С. 24-31.
- Сидняев Н.И., Мельникова Ю.С. Оценки статистических параметров распределений: Электронное учебное пособие: Методические рекомендации к домашнему заданию по математической статистике. 2012, МГТУ им. Н.Э. Баумана № 0321201235. Производитель ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана. Доступ из локальной сети Фундамент. б-ки МГТУ. Систем. требования: Power Point. URL: http://wwwcdl.bmstu.ru/fn1/ocenkispr.html (дата обращения: 27.04.2012).
- Стекольников Ю.И. Живучесть систем. СПб.: Политехника. 2002. 155с.
- Сидняев Н.И. Теория планирования эксперимента и анализ статистических данных: учеб. Пособие. М.: Юрайт, 2011. 399с.
- Острейковский В.А. Теория надежности. М.: Высшая школа, 2003. 463с.
- Сидняев Н.И., Савченко В.П., Клочкова Д.В. Анализ физики отказов для оценки показателей надежности радиоэлектронных приборов современных радиолокационных систем. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, вып. 12. URL: http://engjournal.ru/catalog/appmath/hidden/1149.html
- Садыхов Г.С. Гамма-процентные показатели эксплуатационной надежности и их свойства// Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1983. № 6. С. 185-187.
- Сидняев Н.И., Савченко В.П., Клочкова Д.В. Физические принципы и математическая модель управления индуктивным сопротивлением спутников в ионосфере планеты // Физические основы приборостроения. 2012. Т. 1. № 4. С. 98-105.
- Сидняев Н.И. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие. М.: Юрайт, 2011. 310с.
- Павлов И.В Статистические методы оценки надежности сложных систем. М.: Радиосвязь. 1982. 182с.
- Садыхов Г.С. Показатель остаточного ресурса и его свойства// Изв. АН СССР. Техническая кибернетика, 1985. № 4. С. 98-102.
- Сидняев Н.И., Клочкова Д.В. Основные факторы эксплуатационной надежности мощных передающих установок. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, вып. 12. URL: http://engjournal.ru/catalog/appmath/hidden/1148.html
- Митчелл Дж., Уилсон Д. Поверхностные эффекты в полупроводниковых приборах, вызванные радиацией. М., Атомиздат, 1970. 28с.
- Маслов Я.А., Татарский В.Ю. Повышение надежности радиоэлектронной аппаратуры. М.: Советское радио, 1972. 260с.