в области физики отказов СПП наше рассмотрение механизмов отказа в данном параграфе будет носить феноменологический (и, безусловно, поверхностный) характер.

Отказы в объеме СПП вызываются имеющимися и возникающими в процессе работы дефектами и неоднородностями материала. Они бывают следующих видов [8.72]:

1) точечные-вакансии, междоузельные атомы и др.

2) одномерные-дислокации;

3) двумерные-границы зерен, дефекты упаковки и др.;

4) трехмерные-пустоты, включения и др.

Есть основания считать, что точечные дефекты из-за их малости оказывают наименьшее влияние на процессы деградации. Дислокации оказывают на параметры СПП и положительное, и отрицательное действие [8.73], в частности они могут влиять на ВАХ и время жизни. Двумерные и трехмерные дефекты, как правило, приводят к «мягким» ВАХ, т. е. к увеличению /р, Ir, и уменьшают время жизни. В [8.74] показано, что причиной снижения напряжения пробоя у высоковольтных СПП являются не дефекты, а лока.чьное уменьшение удельного сопротивления, вызываемое наличием неконтролируемых примесей типа магний, сера, железо. Конкретная кинетика процессов, приводящих от некоторой неоднородности или от того или иного дефекта к отказу, к сожалению, неизвестна. В объеме она может быть связана с движением дислокаций, с рекристаллизацией и распадом твердых растворов и т. п. На поверхности она может быть связана с перемещением ионов различных примесей под действием сильных электрических полей. Состояние поверхности СПП очень чувствительно к наличию различного рода примесей, при этом многие загрязнения могут находиться на стенках корпуса, на поверхности термокомпенсатора и прокладок и т. п., что не позволяет выявить их при контроле ВАХ caiviHX. структур.

Для ознакомления с физикой явлений на поверхности СПП рекомендуем обратиться к [8.75]. Отметим, что отказы в объеме и на поверхности могут происходить как в циклических, так и в нециклических режимах работы. Что касается отказов в области контактных соединений, то они более характерны для циклических режимов, при этом для режима термоциклирования в случае СПП паяной конструкции механизм отказов известен давно [1.2]. Дело в том, что в этом случае СПП представляет собой сборку из нескольких слоев различных материалов с различными коэффициентами линейного расширения. Попеременное нагревание и охлаждение СПП приводит к тому, что припой испытывает значительные механические нагрузки в области пластических деформаций, откуда и возникает выражение типа (8.6). В случае СПП прижимной

Таблица 8.9. Данные по причинам отказа

Примечание. Н-неповторяющийся режим, П-повторяющийся режим. Все температуры в таблице приведены в градусах Цельсия.

конструкции механизмы отказов контактных соединений в СП пока не вполне ясны. В работе [8.7] предложено по меньшей мере три таких механизма: истирание, усталостная деструкция и залипание.

По-видимому, больше всего публикаций посвящено пучению отказов в режиме импульсной циклостойкости (эффект dildt). Однако механизмы отказов в этом режиме нельзя еще считать установленными. В табл. 8.9 кратко суммированы данные по причинам отказов СПП при воздействии больших dijdt. Анализ показал, что в большинстве из них изучаются не механизмы отказов, а те явления, которые происходят с электрическим режимом и прибором, когда уже , произошла полная или

частичная деградация какого-либо параметра СПП. Возможной физической причиной отказов тиристоров в длительных РЭ при высоких значениях dildt могут быть усталостные явления в кремнии, вызванные локальными термоциклами [8.43]. В работе [8.79] предложена другая модель, по которой зарождение и рост микротрещин происходят по механизму эффекта Ребиндера, а уже далее рост этих микротрещин приводит к отказам. Что же касается режима токовых перегрузок, то выше уже отмечалось, что физические процессы, приводящие к отказам при многократном возействии тока допустимой амплитуды, не изучены.

8.5. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ СПП - В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ

В настоящем параграфе изложены методы расчета ПН СПП в различных РЭ. Прежде чем излагать непосредственно методы расчета ПН, необходимо отметить следующее.

Методы расчета ПН СПП не дают и не могут давать точные значения ПН, а лишь позволяют оценить их с определенной достоверностью в зависимости от развитости этих методов, адекватности заложенных в их основу априорных принципов, детальности учета различных факторов, влияющих на ПН, и т. п. Причиной этого являются два ограничения, присущих проблеме надежности.

Во-первых, расчет ПН любого элемента есть предсказание его будущего по недостаточно хорошо известному настоящему и прошлому его самого или его аналога.

Во-вторых, надежность зависит не только от свойств самого СПП, но и от условий его применения, вследствие чего значения ПН в том или ином РЭ могут быть получены, строго говоря, лишь при работе СПП именно в этом фиксированном режиме.

Из-за наличия первого ограничения при расчетах ПН используют вероятностный подход, о чем мы уже говорили.

Из-за наличия второго ограничения следовало бы иметь данные о ПН всех типов СПП во всех режимах работы. Это, конечно же, невозможно. Поэтому наличие методов расчета ПН СПП в различных РЭ требует, чтобы были решены следующие задачи:

1) вьщелены эквивалентные по критерию надежности режимы;

2) разработаны методики расчета ПН СПП в выделенных режимах;

3) разработаны методики пересчета ПН от одних режимов к другим.