Analisi di declassamento per componenti elettronici

Che cos'è l'analisi del declassamento dei componenti?

I limiti superiori (classificazione) per la sollecitazione dei componenti applicati (corrente, tensione, potenza, temperatura, ecc.) sono definiti dal produttore.
Al fine di adottare misure precauzionali aggiuntive e aumentare la robustezza del progetto, vengono definite linee guida più rigorose.
L'analisi del declassamento dei componenti verifica se il punto di funzionamento di ciascun componente è al di sotto dei livelli elettrici e di temperatura previsti.

 

Analisi di declassamento per componenti elettronici: perché è importante?

I danni ai materiali dei componenti possono verificarsi con una probabilità maggiore quando un dispositivo elettronico è soggetto a potenza, corrente, tensione o temperatura che superano il limite massimo di sollecitazione.
EOS (Electrical Overstress) influisce sulle prestazioni del prodotto fino a quando il componente non brucia. È la principale causa di resi di componenti, circuiti integrati e guasti di sistema durante il funzionamento (vedere la figura seguente).

Figura 1: errore tipico dell'analisi di Pareto (NTF = nessun problema trovato)

 

In genere gli ingegneri selezionano componenti che hanno una valutazione massima che è il doppio dello stress effettivo previsto. Tuttavia, all'aumentare della temperatura, le prestazioni dei componenti peggiorano e questa regola pratica diventa insufficiente. Per questo motivo, è necessario applicare le linee guida sul declassamento.

L'analisi del declassamento dei componenti consente di selezionare la classificazione dei componenti appropriata in base al carico di sollecitazione e alla temperatura. Ciò si ottiene confrontando le sollecitazioni elettriche calcolate nello scenario peggiore con la valutazione massima del componente e la linea guida di declassamento predefinita.

Figura 2: esempio di linee guida per il declassamento dei componenti

 

L'analisi rileva i componenti di over-rating (rosso) e over-derating (giallo). I componenti sovra-progettati vengono rilevati anche quando lo stress è molto inferiore al valore nominale.
Sebbene i vantaggi del declassamento dei componenti siano chiari, il processo include diverse attività che richiedono tempo:

1. Calcolo delle sollecitazioni dei componenti
2. Definizione delle linee guida per il declassamento per ogni tipo di componente

Le soluzioni BQR per l'analisi del derating dei componenti

BQR fornisce software e servizi professionali per un'analisi rapida e accurata dello stress dei componenti e del declassamento.

Caratteristiche del software:

• I plug-in per i principali E-CAD (Altium, Mentor, OrCad) forniscono una facile importazione della distinta componenti oltre a presentare i risultati sullo schema.
• Lo stress può essere immesso in modo semiautomatico o calcolato utilizzando un unico simulatore di stress del circuito.
• Le linee guida per il declassamento possono essere personalizzate in base agli standard [1-6] o alla prassi della propria azienda.
• Il software genera linee guida per il posizionamento termico sotto forma di un elenco di Pareto, per un posizionamento ottimale durante il layout.

Ulteriori usi per i risultati dello stress:

Una volta definite le sollecitazioni dei componenti, è possibile condurre ulteriori analisi:

• La revisione schematica brevettata di BQR rileva un'ampia varietà di errori di progettazione prima del layout! Alcuni degli errori dipendono dallo stress, ad esempio: tensione applicata errata.
• Il software di calcolo MTBF di BQR utilizza le sollecitazioni definite per la previsione MTBF.

 

 

Riferimenti:

[1] ECSS-Q-ST-30-11C Garanzia del prodotto spaziale - Declassamento - Componenti EEE
[2] Linee guida sul declassamento della Marina degli Stati Uniti, SD-18
[3] Comando spaziale dell'aeronautica militare SMC Standard SMC-S-010
[4] Istruzioni NASA EEE-INST-002 per la selezione, lo screening, la qualificazione e il declassamento delle parti EEE
[5] IPC-9592 Parametri di prestazione per dispositivi di conversione di potenza
[6] Manuale militare Mil-Hdbk-338 Manuale di progettazione elettronica dell'affidabilità