A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

1 / 86 Confiabilidade PTC2527 – EPUSP – 2007 Prof. Guido Stolfi.

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "1 / 86 Confiabilidade PTC2527 – EPUSP – 2007 Prof. Guido Stolfi."— Transcrição da apresentação:

1 1 / 86 Confiabilidade PTC2527 – EPUSP – 2007 Prof. Guido Stolfi

2 2 / 86 Código de Defesa do Consumidor Artigo 12: O fabricante, o produtor, o construtor, nacional ou estrangeiro, e o importador respondem, independentemente da existência de culpa, pela reparação dos danos causados aos consumidores por defeitos decorrentes de projeto, fabricação, construção, montagem,...., bem como por informações insuficientes ou inadequadas sobre sua utilização e riscos.

3 3 / 86 Salvaguardas LIFE SUPPORT POLICY XXXXXS PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT DEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT AND GENERAL COUNSEL OF XXXXX SEMICONDUCTOR CORPORATION. CERTAIN APPLICATIONS USING SEMICONDUCTOR PRODUCTS MAY INVOLVE POTENTIAL RISKS OF DEATH, PERSONAL INJURY, OR SEVERE PROPERTY OR ENVIRONMENTAL DAMAGE (CRITICAL APPLICATIONS). ZZZZZ SEMICONDUCTOR PRODUCTS ARE NOT DESIGNED, AUTHORIZED, OR WARRANTED TO BE SUITABLE FOR USE IN LIFE-SUPPORT DEVICES OR SYSTEMS OR OTHER CRITICAL APPLICATIONS. INCLUSION OF ZZZZZ PRODUCTS IN SUCH APPLICATIONS IS UNDERSTOOD TO BE FULLY AT THE CUSTOMERS RISK.

4 4 / 86 Salvaguardas YYYYY PRODUCTS ARE NOT DESIGNED, INTENDED, OR AUTHORIZED FOR USE AS COMPONENTS IN SYSTEMS INTENDED FOR SURGICAL IMPLANT INTO THE BODY, OR OTHER APPLICATIONS INTENDED TO SUPPORT OR SUSTAIN LIFE, OR FOR ANY OTHER APPLICATION IN WHICH THE FAILURE OF THE YYYYY PRODUCT COULD CREATE A SITUATION WHERE PERSONAL INJURY OR DEATH MAY OCCUR. SHOULD BUYER PURCHASE OR USE YYYYY PRODUCTS FOR ANY SUCH UNINTENDED OR UNAUTHORIZED APPLICATION, BUYER SHALL INDEMNIFY AND HOLD YYYYY AND ITS OFFICERS, EMPLOYEES, SUBSIDIARIES, AFFILIATES, AND DISTRIBUTORS HARMLESS AGAINST ALL CLAIMS, COSTS, DAMAGES, AND EXPENSES, AND REASONABLE ATTORNEY FEES ARISING OUT OF DIRECTLY OR INDIRECTLY, ANY CLAIM OF PERSONAL INJURY OR DEATH ASSOCIATED WITH SUCH UNINTENDED OR UNAUTHORIZED USE, EVEN IF SUCH CLAIM ALLEGES THAT YYYYY WAS NEGLIGENT REGARDING THE DESIGN OR MANUFACTURE OF THE PART.

5 5 / 86 Código de Defesa do Consumidor Artigo 18: Os fornecedores de produtos de consumo duráveis ou não duráveis respondem solidariamente pelos vícios de qualidade ou quantidade que os tornem impróprios ou inadequados ao consumo a que se destinam ou lhes diminuam o valor... Podendo o consumidor exigir a substituição das partes viciadas.

6 6 / 86 Confiabilidade Definição: Probabilidade de que um sistema ou componente esteja operando dentro de condições especificadas por um determinado período de tempo ou número de operações.

7 7 / 86 Falha Definição: O término da capacidade de um sistema ou componente de realizar sua função especificada.

8 8 / 86 Tipos de Falhas Falha Parcial: Desvios de características, além de limites estabelecidos, mas que não causam perda completa da função requerida. Falha Completa: Desvios além de limites estabelecidos, causando perda total da função requerida.

9 9 / 86 Desenvolvimento de Falhas Falha Gradual: Ocorrência pode ser prevista através de inspeção e/ou acompanhamento Falha Súbita: Ocorrência imprevisível Falha aleatória

10 10 / 86 Tipos de Falhas Falha Catastrófica: Falha Súbita e Completa Falha Marginal: Súbita e Parcial Degradação: Falha Gradual e Parcial.

11 11 / 86 Falha Gradual Monotônica Tempo y(t) y max y min Falha Ajustes

12 12 / 86 Vida Útil de um Componente Ex.: Uma lâmpada em particular Tempo (h) Confia- bilidade

13 13 / 86 Vida Útil de um Componente Outra lâmpada similar: Tempo Confia- bilidade Tempo (h)

14 14 / 86 Vida Útil de Componentes em Conjunto Mais lâmpadas: Tempo Confia- bilidade Tempo (h)

15 15 / 86 Função de Confiabilidade Média dos testes de Vida Útil de uma população de componentes similares Tempo (h) R(t) t0t0 R(t 0 )

16 16 / 86 Função de Confiabilidade R(t 0 ) equivale à Confiabilidade (probabilidade de operação) no instante t 0 Também equivale à probabilidade de que a vida útil do componente ou sistema exceda o instante t 0

17 17 / 86 Outras Definições F(t) = 1 - R(t) = Probabilidade Cumulativa de Falhas Vida Útil = Tempo de operação dentro do qual F(t) é menor que um valor especificado

18 18 / 86 Probabilidade Cumulativa de Falhas t R(t) t0t0 R(t 0 ) t F(t) = 1-R(t) t0t0 t 0 + d t d F(t)

19 19 / 86 Função de Densidade de Probabilidade de Falhas Derivada da Probabilidade Cumulativa de falhas t f(t) 0.0

20 20 / 86 Taxa de Falhas Probabilidade de um componente falhar no intervalo [ t, t + dt ] dado que o mesmo componente estava operando no instante t

21 21 / 86 Taxa de Falhas t R(t) t z(t) 0.0 t f(t) 0.0

22 22 / 86 MTTF – Mean Time to Failure Tempo médio até ocorrência de falha; obtido pela média da vida útil de uma população de N elementos similares (Vida Média) t R(t) MTTF

23 23 / 86 A Curva da Banheira Log (t) z(t) Mortalidade Infantil Operação Normal Desgaste

24 24 / 86 Burn – in Operação do sistema por um período equivalente à mortalidade infantil, antes da entrega para uso normal Log (t) z(t) Operação Normal Desgaste Burn-in

25 25 / 86 Manutenção Preventiva Substituição de componentes entrando na fase de desgaste, mesmo que não apresentem falhas Log (t) z(t)

26 26 / 86 Modelos de Funções de Confiabilidade Distribuição Retangular Aplica-se a componentes em que há esgotamento progressivo de um ingrediente essencial (ex.: combustível, emissão iônica, eletrólitos) t R(t) T

27 27 / 86 Distribuição Retangular (aproximada) Ex.: Lâmpadas Vida útil: ~1000 hs (incandescente); hs (fluorescente)

28 28 / 86 Modelos de Funções de Confiabilidade Distribuição Exponencial Taxa de Falhas constante; modela falhas aleatórias, independentes do tempo t R(t) T

29 29 / 86 Modelos de Funções de Confiabilidade Distribuição Log-Normal Modelamento de processos físicos de fadiga mecânica (propagação de fissuras, falhas estruturais, etc.); desgastes em geral t f(t) 0.0

30 30 / 86 Medida de Taxa de Falhas 1 FIT (Failure In Time) = 1 falha por dispositivo em 1 bilhão de horas Componente (FIT) Resistores Capacitores Eletrolíticos Diodos de sinal50 Circuitos Integrados CMOS LSI Relês Conectores (por pino)

31 31 / 86 Sistemas com Manutenção (Reparo) Tempo R(t) Falhas Reparo

32 32 / 86 Disponibilidade de um Sistema Sujeito a Reparo MTTR (Mean Time to Repair) = Tempo médio para reparo MTBF (Mean Time Between Failures) = Tempo médio entre falhas (MTBF = MTTF + MTTR) Disponibilidade (Availability):

33 33 / 86 Confiabilidade de um Sistema Configuração Série: O sistema opera se todos os blocos (partes) estiverem operando. B1B3B2 R1R1 R3R3 R2R2 R S = R 1 R 2 R 3 (se estatisticamente independentes)

34 34 / 86 Confiabilidade de um Sistema Configuração Paralela: O sistema opera se pelo menos um bloco estiver operando. B1 B2 R1R1 R2R2 R P = 1- (1- R 1 ) (1- R 2 ) (se estatisticamente independentes)

35 35 / 86 Confiabilidade de um Sistema Série

36 36 / 86 Sistema Série com Falhas Aleatórias

37 37 / 86 Redundância a Nível de Componente Ex.: 2 Diodos em Série Se os diodos falharem em aberto, o sistema é uma configuração série. Se falharem em curto, a configuração é paralela.

38 38 / 86 Redundância a Nível de Componente 2 Diodos em Paralelo Se os diodos falharem em curto, o sistema é uma configuração série. Se falharem em aberto, a configuração é paralela.

39 39 / 86 Redundância a Nível de Componente 4 Diodos em Série / Paralelo

40 40 / 86 Probabilidade de Falha – 4 Diodos NNNAAACCC NACNACNAC NN NA NC AN AA AC CN CA CC N = Normal A = Aberto C = Curto D1 D2 D3 D4 Falha

41 41 / 86 Probabilidade de Falha – 4 Diodos P C =2x P A PC= PAPC= PA P A =2x P C

42 42 / 86 Redundância a Nível de Componente Considerando a manutenção, a taxa de falhas será 4 vezes maior que a de um diodo. Há vantagem se o componente defeituoso puder ser substituído sem desativar o sistema completo, reduzindo assim o MTTR (modularidade).

43 43 / 86 Redundância a Nível de Componente Há a necessidade de monitoração para detectar falhas não catastróficas do conjunto (sensores de corrente e tensão). Circuitos de monitoração acrescentam componentes que podem falhar, criando alarmes falsos.

44 44 / 86 Redundância a Nível de Subsistema Ex.: Transponder de Satélite Filtro Osc F.I.XX Osc F.I.Filtro P.A. LNA Filtro Osc F.I.XX Osc F.I.Filtro P.A. LNA Ativo Stand-by

45 45 / 86 Projeto para Confiabilidade Utilizar o menor número possível de componentes Dimensionar os componentes com margem de segurança adequada Distribuir a confiabilidade por todos os componentes (evitar pontos fracos)

46 46 / 86 Mecanismos de Falhas Reações químicas (contaminação, umidade, corrosão) Difusão de materiais diferentes entre si Eletromigração (densidades de corrente elevadas) Propagação de fissuras (vibração, fadiga mecânica, ciclos térmicos em materiais com coeficientes de dilatação diferentes) Ruptura secundária (afunilamento de corrente devido a coeficiente térmico negativo) Ruptura dielétrica por ionização

47 47 / 86 Fatores Multiplicativos M = f T f E f R f T = Fator de Temperatura f E = Fator Ambiental f R = Fator de Dimensionamento Outros fatores (ciclo térmico, radiação, etc.)

48 48 / 86 Fator de Temperatura Modelo de Arrhenius para velocidade de reações químicas E = Energia de Ativação (~ 0,7 eV p/ semicondutores) k = Constante de Boltzmann (8, eV/K T 0 = Temperatura de referência (K) T A = Temperatura de operação (K)

49 49 / 86 Fator de Temperatura ,0 0,7 0,3 E (eV) OCOC

50 50 / 86 Energias de Ativação Tipo de DefeitoE (eV) Defeitos no Óxido0,3 Defeitos no Substrato (Silício)0,3 Eletromigração0,6 Contatos Metálicos0,9 Carga Superficial0,5~1,0 Micro-fissuras1,3 Contaminação1,4

51 51 / 86 Fator Ambiental Tipo de Ambiente f E Estacionário, ar condicionado0,5 Estacionário, normal1,0 Equipamento portátil1,5 Móvel, automotivo2,0 Aviação civil1,5 Aviação militar4,0 Marítimo2,0

52 52 / 86 Fator de Dimensionamento Sobre / sub-dimensionamento f R Resistores, 10% da potência máxima1,0 Resistores, 100% da potência máxima1,5 Resistores, 200% da potência máxima2,0 Capacitores, 10% da tensão máxima1,0 Capacitores, 100% da tensão máxima3,0 Capacitores, 200% da tensão máxima6,0 Semicondutores, 10% da pot. nominal1,0 Semicondutores, 100% da pot. nominal1,5 Semicondutores, 200% da pot. nominal2,0

53 53 / 86 Outros Fatores (cf. MIL- HDBK-217) Fator de Maturidade Tecnológica f L = 1.0 (tecnologia estabelecida) = 10 (tecnologia nova) Fator de Qualidade f Q = 0,5 (componente homologado) = 1.0 (componente padrão) = 3 ~ 30 (componente comercial / origem duvidosa)

54 54 / 86 Dimensionamento de um Componente Capacidade do componente deve ser maior que o esforço a que é submetido Resistência nominal do componente utilizado Esforço nominal aplicado Esforço Margem de Segurança

55 55 / 86 Dimensionamento de um Componente Propriedades dos componentes e das condições de uso possuem dispersão Resistência do componente Esforço aplicado Esforço

56 56 / 86 Porque Ocorre uma Falha Esforço aplicado (físico, elétrico, mecânico) excede a resistência do componente Resistência degradada do componente Esforço aplicado Probabilidade de falhas Esforço

57 57 / 86 Elementos Críticos em um Circuito Semicondutores e resistores de potência (sujeitos a ciclos térmicos, altas tensões, temperaturas e correntes) Capacitores eletrolíticos (baixo MTTF inicial, podem estar sujeitos a altas correntes) Conectores, contatos (sujeitos a desgaste mecânico, corrosão)

58 58 / 86 Falhas em Semicondutores Falhas Mecânicas –Solda dos terminais no semicondutor –Solda do substrato no encapsulamento –Difusão entre metais diferentes –Falhas de encapsulamento (hermeticidade)

59 59 / 86 Falhas em Semicondutores Defeitos Superficiais –Imperfeições na estrutura cristalina –Falhas na metalização –Corrosão por gás liberado em altas temperaturas –Corrosão por umidade aprisionada ou penetrando por falhas no encapsulamento

60 60 / 86 Falhas em Semicondutores Falhas Estruturais –Defeitos e fissuras no substrato –Impurezas no material –Falhas de difusão –Responsáveis por falhas de desgaste (fim da vida útil)

61 61 / 86 Dimensionamento de Transistores Ex.: Transistor de Potência 2N3055 V CBO 100 V V CEO 70 V ICIC 15 A P TOT 115 W TJTJ 200 O C

62 62 / 86 Degradação de P TOT com Temperatura

63 63 / 86 Região de Operação Segura

64 64 / 86 Degradação por Ciclos Térmicos

65 65 / 86 Falhas em Capacitores Principais fatores de degradação da vida útil: –Voltagem –Temperatura –Corrente

66 66 / 86 Fonte: Lambda Electronics Capacitor life doubles for each 10oC decrease in case temperature

67 67 / 86 Taxa de Falhas x Temperatura / Tensão Capacitores Eletrolíticos de Tântalo

68 68 / 86 Depreciação de Corrente Nominal Corrente de ripple em Capacitores Eletrolíticos

69 69 / 86 Fator de Vida Útil 2000 horas (500 k FIT) horas (2500 FIT)

70 70 / 86 Vida Útil de um Capacitor Eletrolítico

71 71 / 86 Dimensionamento de Resistores

72 72 / 86 Dimensionamento de Resistores Degradação da potência nominal x altitude (pressão atmosférica) Aumento da potência nominal x velocidade do ar (ventilação forçada)

73 73 / 86 Falhas em Conectores Taxa de Falhas Falhas por conexão

74 74 / 86 Análise de Falhas por Amostragem Porcentagem de itens defeituosos Probabilidade de observação de 1 ou mais defeitos Tamanho da amostra

75 75 / 86 Teste Acelerado Aumentar artificialmente o esforço (temperatura, voltagem, vibração, etc.) para obter taxas de falha mensuráveis em tempo reduzido Sobrecarga Probabilidade de falhas Esforço

76 76 / 86 Métodos de Teste Acelerado (Semicondutores) Temperatura elevada (ex.: O C ou 16 hs a 300 O C ) Choque térmico (ex.: 1000 ciclos, –65 O C a 125 O C) Umidade (ex.: 150 O C, 100% R.H., 15 psi, ) Vibração (2000 G, 0.5 ms ou 50 G, 20~2kHz) Centrífuga ( G) Sobrealimentação (destrutivo ou não) Sobrecarga (ex.: 16 Tj=300 O C)

77 77 / 86 Objetivos do Teste Acelerado Identificar riscos prioritários Detectar mecanismos de falha Determinar soluções para as causas Tomar ações corretivas nos processos produtivos Realimentar para as diretrizes de projeto.

78 78 / 86 Questão Filosófica A análise de confiabilidade (a posteriori) de uma população de componentes pode ser usada para prever o comportamento futuro (a priori) de componentes similares?

79 79 / 86 Benefícios da Análise de Confiabilidade Identificar componentes críticos Identificar margens de projeto inadequadas Comparar alternativas de implementação Reduzir custos evitando excesso de qualidade Verificar viabilidade de atingir um determinado MTTF Determinar tempo ideal para Burn-in Determinar a influência de fatores ambientais no MTTF

80 80 / 86

81 81 / 86 Riscos da Análise de Confiabilidade Modelos não podem ser extrapolados para níveis elevados de sobrecarga Modelos para novos produtos e processos são imprecisos Fatores multiplicativos podem assumir valores irreais ou indeterminados Mudanças de processos ou insumos podem alterar taxas de falhas dos componentes

82 82 / 86 Evolução da Confiabilidade de LSIs

83 83 / 86 Confiabilidade de Software Software é cada vez mais importante como elemento susceptível a falhas

84 84 / 86 Falhas Humanas AçãoTaxa de Falhas Atuação errada de uma chave0,001 Fechar uma válvula errada0,002 Errar leitura de um medidor0,005 Omitir uma peça na montagem0,00003 Montar componente errado0,0002 Solda fria ou defeituosa0,002 Erro na leitura de instruções0,06 Teste de componentes0,00001

85 85 / 86 Qualidade (Políticas de) Conjunto de atitudes destinadas a aumentar a confiabilidade do produto Rastreamento e análise de falhas e suas causas Realimentação para Projeto, Processos e Materiais Avaliação, Análise, Correção e Verificação

86 86 / 86 Referências Peter Becker, Finn Jensen: Design of Systems and Circuits for Maximum Reliability or Maximun Production Yield – McGraw-Hill, 1977 W. G. Ireson, C. F. Coombs, R. Y. Moss: Handbook of Reliability Engineering and Management – McGraw-Hill, 1995 Jerry Whitaker: Mantaining Electronic Systems – CRC Press, 1991 Charles Harper, ed.: Handbook of Components for Electronics – MgGraw-Hill, 1977 Power Devices Databook – RCA Solid State, 1981 Microprocessors Databook, Vol. 1 – Motorola Semiconductors, 1988 General Description of Aluminum Electrolytic Capacitors – Nichicon Technical Notes 8101D


Carregar ppt "1 / 86 Confiabilidade PTC2527 – EPUSP – 2007 Prof. Guido Stolfi."

Apresentações semelhantes


Anúncios Google