Глава 11. РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ РЭС.

В заключительном разделе очень коротко рассматриваются основные положения и представления о способности РЭС противостоять воздействию различных излучений; при этом приводятся сведения о наиболее опасных для РЭС воздействиях, указываются данных о влиянии их на различных материалы конструкции РЭС и о результатах воздействий, даются общие сведения о построении систем защиты РЭС.

11.1 Характеристики воздействий и радиационная стойкость РЭС.

Радиационное воздействие окружающей среды на РЭС, в основном, происходит в двух видах:

n солнечная радиация;

n ионизирующее излучение.

Солнечная радиация представляет собой воздействие на материалы конструкции РЭС потоков фотонов различного происхождения. Обычно проявляются последствия солнечной радиации либо в избирательном поглощении лучей различной длины волны l материалы конструкции РЭС - так называемая, фотолитическая солнечная радиация, либо фотолитическая , приводящая к нагреву материала.

Итогом и в том и в другом случае является снижение механической прочности материалов, изменение (ухудшение) свойств механической подсистемы S_м РЭС, а вслед за этим - и ухудшение свойств РЭС как системы в целом.

Так как солнечная радиация проявляется для РЭС в основном в нагреве материалов конструкции, а защита от такого вида воздействий уже было рассмотрена ранее в дальнейшем остановимся подробнее на втором виде воздействия.

Ионизирующее излучение представляет собой изучение любого вида, взаимодействие которого со средой или материалом конструкции РЭС приводит к образованию электрических зарядов различного знака. Особенностью ионизирующего излучения является образование так называемого вторичного ионизирующего излучения за счет воздействия на среду первичного излучения.

Ионизирующее излучение обычно подразделяют на электромагнитное и корпускулярное.

Электромагнитное (фотонное) излучение проявляется в виде l- излучения и рентгеновского излучения. Наиболее опасным для РЭС является l- излучение.

Корпускулярное излучение представляет собой поток различных частиц:

n a - излучение;

n b - излучение;

n нейтронное излучение.

Из корпускулярных излучений наиболее опасными для РЭС является нейтронное излучение.

Для оценки ионизирующего излучения применяются следующие оценки:

_n поток ионных частиц F_N ;

_n плотность потока j_N ;

_n поток энергии ионного излучения F_nn ;

_n плотность потока энергии j_nn и др.

Наиболее опасными для РЭС являются, как уже было сказано, воздействие нейтронов и g- излучения, т.к. они обладают наибольшей проникающей способностью. Именно их учитывают в первую очередь при проектировании РЭС.

Для оценки поведения РЭС при радиационном воздействии вводится понятие радиационной стойкости РЭС.

Радиационная стойкость - свойство РЭС выполнять свои функции и сохранять параметры в пределах установленных норм во время воздействия ионизирующего излучения.

Критерием радиационной стойкости обычно является предельное значение параметра изделия определяющего радиационную стойкость. Очевидно, что этот критерий связан с характеристикой поля ионизирующего излучения, при которой достигается критерий радиационной стойкости.

Результат радиационных воздействий на различные материалы существенно определяется самим материалом и проявляется в:

n радиационных и ионизирующих эффектах;

_n обратимых и необратимых дефектах;

_n разогреве и других явлениях.

Радиационные и ионизирующие эффекты приводят к изменению значений параметров материалов и параметров соответсвующих элементов РЭС за счет ионизации и возбуждения атомов вещества.

Дефекты различного рода представляют собой нарушение структуры вещества. Повышение температуры материалов при нагреве объясняется поглощение веществом энергии ионизирующего излучения.

Следует учесть, что нейтронное излучение приводит в основном к радиационным дефектам при преобразовании облучаемого материала. g - излучение проявляется в ионизационных эффектах в веществе, что, в конечном итоге, увеличивает, например, проводимость диэлектрических и полупроводниковых материалов.

11.2 Влияние ионизиррующего излучения на различные элементы РЭС.

Оценивая в целом влияние ионизирующего излучения на различные материалы необходимо учитывать, что наиболее устойчивы к воздействию металлы, менее - органические и полупроводниковые материалы. Говоря о металлах можно сделать следующие два вывода, во-первых, они практически стойки к воздействию и, во-вторых, металлы могут быть источниками вторичного ионизирующего излучения. Полупроводниковые материалы под воздействием ионизирующего излучения меняют время жизни и подвижность носителей зарядов. А органические материалы изменяют свои механические свойства и, кроме того, электрическую прочность, диэлектрическую проницаемость E, тангенс угла потерь tg d и др. Неорганические диэлектрические материалы практически устойчивы к радиационным воздействиям.

Изменение свойств материалов очевидно приводит к изменению свойств различных элементов конструкции РЭС.

Резисторы под воздействием радиации меняют значения сопротивления R, а так же повышается уровень собственных шумов, ухудшается влагостойкость. Наиболее устойчивы керамические и проволочные резисторы; другие типы резисторов необходимо защищать от радиации.

У конденсаторов при наличии ионизирующего излучения ухудшаются электрическая прочность, сопротивление изоляции, тангенс угла потерь tg d, меняется номинальная емкость С_ном.

Полупроводниковые материалы неустойчивы к радиации, однако механизм деградации различен у различных материалов. Диоды, транзисторы, интегральные схемы необходимо специальным образом защищать от радиационного воздействия. Однако вариант защиты определяется многими факторами, в том числе, иногда достаточно специальной технологии изготовления элементов.

11.3 Защита РЭС от радиационного воздействия.

Исходя из общих методологических положений обеспечения защищенности РЭС от воздействия, необходимо построить систему S с соответствующей радиационной стойкостью. Для чего необходимо определить совокупность принципов П, определить набор элементов Г, схему объединения элементов q и значения параметров Е системы.

Среди множества принципов П защиты от радиации наиболее часто используется принцип р₁ изоляции защищаемого объекта от воздействия с помощью эффекта поглощения. Для этой цели используется элемент-экран g₁.

Среди вариантов схем q взаимного расположения экрана g₁ и объекта возможно полное или частичное экранирование (рис. 11.1).

1- экран

2- защищаемый объект РЭС

3-радиационно-стойкий элемент РЭС.

Рис. 11.1 Варианты компоновки объектов с защищенными экранами.

Очень часто используются многослойные экраны, существенно повышающие свои защитные свойства против обычных экранов. Именно такие экраны применяются для защиты от g- излучения и нейтронной защиты.

В качестве материалов экранов (при выборе параметров Е защитных экранов) используются свинец, полиэтилен, бор, графит, нержавеющая сталь.

Частным случаем защитных экранов является защитное покрытие, позволяющее обеспечить защиту при незначительных воздействиях.

Кроме защиты по принципу изоляции возможно повышение собственной радиационной стойкости объекта - защита по второму принципу р₂. Для реализации этого принципа используются следующие приемы: уменьшение размеров, выбор стойких материалов, соответствующая технологическая обработка их и т.д.

Реально при проектировании конструкции РЭС применяется сочетание принципов р₁ и р₂ для получения соответствующей радиационной стойкости РЭС.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. - Л.:

Энергоатомиздат. Ленинградское отделение.1984.- 536с.: ил.

2. Конструирование радиоэлектронных средств:

Учебник для вузов / В.Б. Пестряков, Г.Я. Аболтинь-Аболинь и др., Под ред. В.Б.Пестрякова.

3. М.: Радио и связь, 1992.- 432 с.: ил. Теоретические основы САПР: Учебник для вузов/ В.П. Корячко, В.М. Курейчик, И.П. Норенков.- М.: Энергоатом-издат, 1987.- 400с.: ли.

4. Гуткин Л.С. Оптимизация радиоэлектронных устройств по совокупности показателей качества.- М.: Сов. радио, 1975.- 368с.: ил.

5. Тищенко Н.М. Введение в проектирование сложных систем автоматики.- М.: Энергия, 1976.-304с.: ил.

6. Диксон Дж. Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решений. Пер. с англ.- М.:, 1969.- 400с.: ил.

7. Хилл П. Наука и искусство проектирования Пер.с англ.- М.: Мир,1973,- 262с.: ил.

8. Джонс Дж. К. Инженерное и художественное конструирование. Современные методы проектного анализа: Пер. с англ.- М.: Мир, 1976.-374с.: ил.

9. Уилсон А., Уилсон М. Управление и творчество при проектировании систем.- М.: Сов. радто, 1972.- 212с.: ил.

10. Месарович М., Такахара Я. Общая теория систем: математические основы. -М.: Мир, 1978.- 311с.

11. Сахаров Ю.С., Колуков В.В. Выбор наилучших пространственных структур радиоэлектронной аппаратуры. /Под. ред. С.А. Сорокина - М.: Моск. энерг. ин-т, 1985.-84с.: ил.

12. Основы проектирования микроэлектронной аппаратуры. /Под.ред. Б.Ф. Высоцкого.- М.: Сов.радио, 1977.-372с.: ил.

13. Взятышев В.Ф. Методы поиска проектно-конструкторских решений при разработке радиоэлектронных устройств./ Под. ред. Е.М. Старовойтовой. - М.: Моск. энерг. ин-т, 1983,-84с.: ил.

14. Автоматизация поискового конструирования (искусственный интеллект в машинном проектировании) /Под.ред .А.И. Половинкина - М.: 1981.-344с.: ил.

15. Быков В.П. Методическое обеспечение САПР в машиностроении.-Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989.-255с.

16. Проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов / Е.М. Парфенов, Э.Н. Камышная, В.П. Усачев.-М.: Радио и связь, 1989.-272. с.: ил.

17. Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования /Под ред. Р.Г. Варламова.- М.: Сов. радио, 1980.-480с.

18. Дульнев Г.Н. Тепло и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Высшая школа , 1984.- 247с.

19. Компоновка и конструкции микроэлектронной аппаратуры: Справочное пособие /П.Н. Овсищер, И.И. Лившиц, А.К. Орчинский и др.; Под ред. Б.Ф. Высоцкого.- М.: Радио и связь, 1982.- 206с.

20. Поляков К.П. Конструирование приборов и устройств радиоэлектронной аппаратуры.- М.: Радио и связь, 1982.- 240с.

21. Преснухин Л.Н. Шахнов В.А. Конструирование электронных вычислительных машин и систем. - М.: Высшая школа, 1986.- 512с.

22. Токарев М.ф. Талицкий Е.Н., Фролов В.А. Механические воздействия и защита РЭА. - М.: Радио и связь, 1984.- 224с.

Князев А.Д., Кечиев Л.Н., Петров Б.В. Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости. - М.: Радио и связь, 1989.- 224с