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Affidabilita e metodologie di qualifica dei sistemi elettronici in ambienti ostili Giancarlo Barbarino Dipartimento di Scienze Fisiche Universita di Napoli.

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Presentazione sul tema: "Affidabilita e metodologie di qualifica dei sistemi elettronici in ambienti ostili Giancarlo Barbarino Dipartimento di Scienze Fisiche Universita di Napoli."— Transcript della presentazione:

1 Affidabilita e metodologie di qualifica dei sistemi elettronici in ambienti ostili Giancarlo Barbarino Dipartimento di Scienze Fisiche Universita di Napoli Federico II & Istitutito Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Napoli

2 Analisi affidabilistiche e qualifiche Per sistemi e componenti elettronici Per sistemi e componenti elettronici Disciplina importante in ambito: Disciplina importante in ambito: –Scientifico La complessita degli esperimenti impone elevati standard di affidabilita La complessita degli esperimenti impone elevati standard di affidabilita –Industriale Miglioramento e competivita dei prodotti anche di elevata complessita tecnologica Miglioramento e competivita dei prodotti anche di elevata complessita tecnologica

3 Esigenze ed Esperienze scaturite in esperimenti condotti dallIstituto Nazionale di Fisica Nucleare Specificita di tipici ambienti di misura Specificita di tipici ambienti di misura Fisica agli acceleratori di particelle: quantita e durata dei sistemi, accessibilita, danno da radiazioni. Fisica agli acceleratori di particelle: quantita e durata dei sistemi, accessibilita, danno da radiazioni. Fisica delle astroparticelle: ricerca in ambienti spaziali e sottomarini, quantita e durata dei sistemi, sollecitazioni meccaniche, inaccessibilita e danno da radiazioni. Fisica delle astroparticelle: ricerca in ambienti spaziali e sottomarini, quantita e durata dei sistemi, sollecitazioni meccaniche, inaccessibilita e danno da radiazioni.

4 Operare in ambienti ostili Grande affidabilità nel tempo Impossibilità di intervento Resistenza alle radiazioni ionizzanti Sviluppati protocolli & specifiche

5 Probabilita` di guasto di un sistema o componente elettronico (t) t Guasti infantili ore Guasti casuali Guasti da usura Tasso di guasto progetto produzione Bathtube curve

6 Due tipologie di test Test sui Prototipi (test di invecchiamento/ vita media) Metodologie ALT accelerated life test Test in produzione (test di qualifica) verifica del progetto Telecamera IR Camera climatica shaker Verifica dei componenti

7 I-Test di affidabilità in fase di progetto & sviluppo (t) t Stima del tempo di vita medio Del dispositivo/componente elettronico Fornisce informazioni sulla qualita della progettazione: -elementi vitali -circuiti di alimentazione Test sui prototipi Obiettivo: Verifica del progetto vita media

8 I-Test sui Prototipi: Scansione IR-mappa termica Controllo degli Hot-spot Controllo sul piazzamento dei componenti Controllo sui connettori Analisi non distruttiva: complementa informazioni Anche dopo test di vita accelerati

9 I-Test dinvecchiamento (t) t Stima vita media Mean Time To Failure (MTTF) MTTF=Ae Ea/KT MTTFu = AF x MTTFs Tu = 15 C Ts = 100 C AF = 973 Modello di accelerazione di vita di Arrhenius Fattore di accelerazione ottenuto a: -temperatura costante -cicli termici (maggiore stress) Scelte che dipendono: -dal progetto -dalle condizioni di lavoro T= cost. Cicli termici 8 h 1 anno

10 I-Test sui Prototipi: Test termici Cicli termici da effettuare nel range di temperature di lavoro Cicli differenti per componenti e condizioni di lavoro differenti Controllo dei parametri vitali: Temperatura punti caldi Tensione Corrente Funzionamento + analisi termografica IR

11 I-Test sui Prototipi: Test di vibrazione Spettro di vibrazione atteso: Trasporto Condizioni ambientali (spazio……) Fattore peggiorativo Controllo sulla tenuta dei componenti

12 II-Screening in produzione: Piano di qualifica (t) t -Screening non invasivo -sistemi da utilizzare -stress tollerabili -Controllo dei difetti di produzione -Procedure per fare precipitare un guasto iniziale Fattore di accelerazione AF in temperatura controllato

13 II-Test durante la produzione: Temperatura costante T t 60 o 8h Controllo dei parametri vitali: Temperatura punti caldi Tensione Corrente Funzionamento Ricerca di difetti: Saldature Componenti difettosi

14 II-Test di screening (t) t Controllo difetti di produzione Cicli termici + analisi termografica IR

15 Circuiti di alimentazione scansione IR Circuito sottoposto al test Scansione IR Ricerca di difetti: Circuito stampato Componenti difettosi

16 Laboratorio Qualifiche Sez.INFN Napoli Camera climatica per test di invecchiamento e screening Telecamera per scansioni IR Sistema di acquisizione Sensori monitoraggio funzionale

17 Effetti a lungo termine TID (Total Ionization Dose) Effetti da singola interazione SEE (Single Event Effect) SEUSETSEL Single Event Upset (stato logico) Single Event Transient (Stato logico) Single Event Latchup (conduzione) Dati e simulazioni Danni da radiazioni ionizzanti nei componenti elettronici

18 Danni da radiazioni ionizzanti in sistemi elettronici Simulazioni e esposizione ad irragiamento Tecniche di progettazione e di protezione: -Ridondanze hardware -Protezioni alimentazioni Qualifiche di componenti commerciali Vantaggi: -Componentistica aggiornata -Basso costo

19 Protocolli e test messi a punto dallINFN. Protocolli e test messi a punto dallINFN. –Progettazione elettronica Affidabilita e ridondanze Affidabilita e ridondanze Test tempo di vita sistemi e componenti Test tempo di vita sistemi e componenti Test con telecamera IR Test con telecamera IR –Produzione Test mortalita infantile Test mortalita infantile –Danni da radiazione Trasferibile ai prodotti industriali di qualita


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