Affidabilita’ e metodologie di qualifica dei sistemi elettronici

Presentazione sul tema: "Affidabilita’ e metodologie di qualifica dei sistemi elettronici"— 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 Disciplina importante in ambito: Scientifico La complessita’ degli esperimenti impone elevati standard di affidabilita’ Industriale Miglioramento e competivita’ dei prodotti anche di elevata complessita’ tecnologica

3 Esigenze ed Esperienze scaturite in esperimenti condotti dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Specificita’ di tipici ambienti di misura 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.

4 protocolli & specifiche
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
Tasso di guasto progetto Bathtube curve produzione Vita di un sistema o componente-bathtub curve-difetti di produzione-10/100 ore-(screening)-poi guasti csuali-MTTF-usura dispositivi t Guasti infantili ore Guasti da usura Guasti casuali

6 (test di invecchiamento/
Due tipologie di test Test sui Prototipi (test di invecchiamento/ vita media) Metodologie ALT accelerated life test Test in produzione (test di qualifica) Verifica dei componenti verifica del progetto Fattori di stress nella vita del sistema-accelerare i meccanismi di guasto- e quindi simulazione dlla vita del dispositivo-ESS Telecamera IR Camera climatica shaker

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

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 d’invecchiamento
l (t) t Modello di accelerazione di vita di Arrhenius Stima vita media Mean Time To Failure (MTTF) MTTF=AeEa/KT 8 h ≈ 1 anno MTTFu = AF x MTTFs Tu = 15 C Ts = 100 C AF = 973 T= cost. Cicli termici Fattore di accelerazione ottenuto a: -temperatura costante -cicli termici (maggiore stress) Scelte che dipendono: -dal progetto -dalle condizioni di lavoro

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 Spettro di vibrazione atteso:
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 l (t) t -Controllo dei difetti di produzione -Procedure per fare precipitare un guasto iniziale -Screening non invasivo -sistemi da utilizzare -stress tollerabili Fattore di accelerazione AF in temperatura controllato

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

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

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

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

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 dall’INFN.
Progettazione elettronica Affidabilita’ e ridondanze Test tempo di vita sistemi e componenti Test con telecamera IR Produzione Test mortalita’ infantile Danni da radiazione Trasferibile ai prodotti industriali di qualita’