Глава 7 надежность радиоэлектронных устройств 373

7.1. Основные понятия и определения теории надежности      374

7.2. Краткая характеристика надежности элементов               375

7.2.1. Интегральные микросхемы                                    375

7.2.2. Полупроводниковые приборы                                        375

7.2.3. Резисторы                                                                376

7.2.4. Конденсаторы                                                         376

7.2.5. Элементы коммутации                                            376

7.3. Оценка показателей надежности проектируемых РЭУ     376

7.4. Методы повышения надежности РЭУ                                          378

7.4.1. Общая характеристика методов повышения надежности РЭУ   378

7.4.2. Резервирование как метод повышения надежности РЭУ  379

7.4.2.1. Характеристика постоянного резервирования  380

7.4.2.2. Резервирование замещением                     382

7.4.3. Тренировка, как метод снижения интенсивности

отказов элементов                                                             383

7.5. Контрольные вопросы к главе 7                                                  384

ГЛАВА 8 ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЙ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАЧ          386

8.1. Проводниковые материалы                                                386

8.1.1. Необходимые теоретические сведения и

расчетные формулы                                                         386

8.1.2. Примеры решения задач                                        387

8.2. Полупроводниковые материалы                                        390

8.2.1. Необходимые теоретические сведения и

расчетные формулы                                                         390

8.2.2. Примеры решения задач                                        392

8.3. Диэлектрические материалы                                               394

8.3.1. Необходимые теоретические сведения и

расчетные формулы                                                         394

8.3.2. Примеры решения задач                                        396

8.4. Магнитные материалы                                                        397

8.4.1. Необходимые теоретические сведения и

расчетные формулы                                                         397

8.4.2. Примеры решения задач                                        400

8.5. Методические указания к выполнению контрольных работ 401

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ     406

ВВЕДЕНИЕ

Материалы являются одним из главных звеньев в решении многих инженерных задач, связанных с производством электро- и радиотехнического оборудования. Для такого производства требуется широкий ассортимент различных электротехнических и конструкционных материалов с определенными физическими, электрическими и химическими свойствами.

Без знания основных свойств материалов и компонентов конструкций, без понимания физических процессов, протекающих в активных и пассивных элементах аппаратуры нельзя спроектировать и изготовить современные радиотехнические изделия, невозможно грамотно их эксплуатировать.

С развитием электро- и радиотехнической промышленности выдвигаются все новые требования к свойствам материалов. Создание многих электро- и радиотехнических устройств стало возможным в результате не только разработки новых схем, но и в значительной мере благодаря созданию и применению новых материалов. В ряде же случаев производство современных электроустановок на базе использования только «старых» радиоэлементов, изготовленных из «старых» материалов, вообще оказалось невозможно. Развитие микроэлектроники стало возможным благодаря созданию новых радиоэлементов на базе полупроводниковых материалов, активных диэлектриков, ферритов.

Учебно-методический комплекс составлен для студентов специальностей:

1-39 02 01 «Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств» – дисциплина «Материалы и компоненты электронной техники»;

1-39 01 01 «Радиотехника» – дисциплина «Радиоматериалы и основы микроэлектроники»;

1–36 04 02 «Промышленная электроника» – дисциплина «Материалы и компоненты электроники».

Также в УМК приведены примеры решения типовых задач для студентов заочной формы обучения, обучающихся по специальности «Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств».

Материал, изложенный в УМК, представляет собой компиляцию большого числа научных и учебных изданий (приведены в списке литературы). Однако авторы комплекса выражают глубокую признательность Петрову К.С., Пасынкову В.В., Сорокину B.C., Колесову С.Н., Колесову И.С., так как материалы их учебников практически легли в основу большинства разделов УМК.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИН, ИХ СОДЕРЖАНИЕ И МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

 

Дисциплина «Радиоматериалы и основы микроэлектроники» (для студентов специальности 1-39 01 01)

Цель преподавания дисциплины

- изучение студентами физико-химических процессов, физических эффектов и закономерностей сплошных сред, которые широко проявляются и используются при проектировании, производстве и эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры;

- привить студентам умения научно подходить к выбору и использованию материалов при производстве изделий радиоэлектронной промышленности;

- усвоение студентами физических и физико-химических основ материаловедения, классификации и маркировки современных материалов РЭС и пассивных дискретных радиокомпонентов.

Задачи изучения дисциплины

Без ясного представления о материалах, определяющих работу конструкции РЭА и технологии ее изготовления невозможно эффективно заниматься конструированием и разработкой РЭА.

Для понимания принципов работы радиоэлектронных приборов, возможности их использования в новых разработках электронной аппаратуры студент должен овладеть необходимым комплексом знаний. В этой связи основными задачами изучения дисциплины являются:

- освоение современных достижений физических наук, которые составляют фундамент выполнения заданных функций отдельными элементами и компонентами радиоэлектронной аппаратуры, а также устройств в целом;

- понимание специальных физико-химических процессов, эффектов и явлений в материалах, которые необходимо учитывать при проектировании, производстве и эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры;

- овладение физическими и физико-химическими основами материаловедения;

- изучение механических, физико-химических, технологических и эксплуатационных свойств конструкционных материалов;

- ознакомление с основными электрорадиотехническими материалами: классификацией, физико-химическими свойствами, назначением, условиями изготовления и эксплуатации (проводниковые и резистивные материалы, диэлектрики, полупроводники, магнитные материалы и т.д.).

Для достижения цели и решения поставленных задач в результате изучения дисциплины «Радиоматериалы и основы микроэлектроники» студенты должны:

· иметь представление:

– об особенностях воздействия внешних и внутренних дестабилизирующих факторов на работоспособность полупроводниковых приборов;

– о существующих тенденциях, направлениях и перспективах развития микро- и наноэлектронной технологий.

· знать:

– механические, электрические и тепловые свойства полупроводниковых, проводниковых и диэлектрических материалов;

– виды и типы дефектов кристаллических структур;

– методы прогнозирования состояния полупроводниковых структур при воздействии дестабилизирующих факторов;

– зонную теорию твердого тела.

· уметь использовать:

– современные конструкционные материалы, применяемые в микро- и наноэлектронике;

– современную элементную базу при разработке электрических схем.

· владеть:

– методами определения надежности современной радиоэлектронной аппаратуры;

– методами маркирования пассивных электрорадиокомпонентов.

· иметь опыт:

– работы с измерительными приборами;

– прогнозирования поведения состояния пассивных элементов РЭА в реальных промышленных объектах;

– постановки научно-исследовательской работы по обеспечению работоспособности РЭА при различных условиях эксплуатации.

Место дисциплины в учебном процессе

Курс является базовым, одним из фундаментальных в подготовке инженеров по специальности 1-39 01 01. На основе курса базируются дисциплины «Электротехника», «Электронные приборы», «Микросхемотехника». Для понимания принципов работы микроэлектронных приборов, возможности их использования в новых разработках электронной аппаратуры студент должен овладеть необходимым комплексом знаний о применяемых материалах и компонентах конструкции.

Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения данной дисциплины:

1. Общая физика – разделы молекулярной физики и термодинамики, электростатики, электромагнетизма, волновой оптики, элементов атомной физики и квантовой механики, элементов квантовой статистики.

2. Высшая математика – разделы дифференциального и интегрального исчисления.

Содержание дисциплины

Для студентов очной формы обучения дисциплина рассчитана на 48 учебных часов (в том числе лекционные занятия – 32 часа, лабораторные занятия – 16 часов).

Таблица А