Пример Пусть имеем микрополосковую линию, выполненную на поликоровой подложке и работающую в 3-см диапазоне. Известно, что толщина микрополосковых проводников составляет 10¸15 мкм с учетом наращивания пленочных проводников электрохимической медью. Если принять, что срок хранения изделия должен составлять не менее 2¸3 лет, то за это время глубина коррозии меди, даже химически чистой, будет равна (2¸3)12=24¸36мкм, т.е. микрополсковая линия исчезнет. Поэтому ее необходимо защищать покрытием с электрохимическим потенциалом, близким к электрохимическому потенциалу меди. Из табл. 1 видно, что можно применить серебрение или золочение. В силу технологических особенностей выбирают золото. Непосредственно осаждать золото на нихром нельзя из-за большого электрохимического потенциала этой пары. Величина золотого покрытия с учетом подслоя меди должна выбираться из глубины проникновения высокочастотного тока в металл по формуле:

, (2)

Где Хэ – глубина проникновения тона, мм,

p – удельное сопротивление металла,

f – рабочая частота, МГц.

Для случая золота (р=0,024) и l=3см, т.е. f=104МГц получим:

Для диапазона волн l=20 см Хэ=2мкм<10мкм. Таким образом, золоченые микрополосковые линии (покрытие 2мкм) надежно могут работать в СМ и ДМ диапазонах волн при толщинах порядка 10мкм.

Отметим также возможные изменения других параметров микрополосковых линий в случее изменения диэлектрической проницаемости их подложек на 20¸30%. Для поликора можно принять e=10. Тогда под действием влаги изменение e составляет 2¸3. При этом известно, что длинна волны в микрополосковой линии равна

 (3)

где l - длина волны в свободном пространстве,

 к – коэффициент удлиннения волны, определяемый из графика (рис.2),

 b и h – ширина микрополоскового проводника и толщина подложки.

Примем, что b=h=1мм, тогда k=1,2 В нормальных условиях влажности и при 98% влажности получим соответственно для l=3:  и  т.е. изменение длинны волны в микрополосковой линии составило 10%, что может оказаться существенным в некоторых случаях.

Аналогично самостоятельно можно определить изменение волнового сопротивления линии, пользуясь исходной формулой для этого параметра:

 [Ом].              (4)

Рис. 1.

Рис. 2

Условия работы авиационной, ракетной и космической РЭА характеризуются, как правило, пониженными значениями атмосферного давления (рис. 3). Зависимость рабочих значений атмосферного давления от высоты над уровнем моря оговорена ГОСТ 4401-64 (табл. 2)

Таблица 2

Влияние пониженного давления на работоспособность РЭА проявляется через следующие явления:

1.                 Уменьшается электрическая прочность воздушных промежутков,

2.                 Ухудшаются условия теплообмена конвекцией, что вызывает дополнительные перегревы изделий,

3.                 В герметичных блоках возникают дополнительные механические напряжения в стенках, крышках и деталях крепления за счет перепада давлений.

Зависимость коэффициента относительной электрической прочности воздушных промежутков от высоты над уровнем моря представлены в табл. 3.

Таблица 3.

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

Заметив что с дальнейшим уменьшением давления (ниже 6-7 мм рт. ст.), т.е. с повышением высоты более, чем 30-40 км, электрическая прочность возрастает и подчиняется закону Пашена (рис. 4).

Уменьшение конвективной теплопередачи определяется из графика (рис. 5), где величина коэффициента k представляет собой отношение коэффициентов теплоотдачи при заданном и нормальном давлениях:

,                        (5)

Это уменьшение теплоотдачи, в свою очередь, приводит к уменьшению электрической прочности из-за повышения температуры узлов и температуры окружающего их объема (среды). Коэффициент снижения напряжения поверхностного перекрытия в интервале температур +20¸+150°С при всех значениях атмосферного давления от 760 мм рт.ст. до 3мм рт.ст. близок к температурному коэффициенту изменения плотности воздуха и может быть оценен следующей формулой:

          (6)

где Т – температура платы, поверхности узла и т.п.,

tn, tном – температура окружающего воздуха в нормальных и номинальных заданных условиях.

Значение коэффициента Kt от температуры окружающей среды представлены в таблице 4

Таблица 4

Таким образом, оба указанных фактора при пониженном атмосферном давлении могут значительно уменьшить диапазон рабочих напряжений в радиоэлектронных устройствах.

Пример: требуется определить рабочее напряжение питания радиоэлектронного блока на печатной плате, работающего при Р=7,7 мм рт.ст. (31км высоты) и температуре окружающего воздуха tном=+70°C. При этом известно что рабочая частота блока равна 5МГц, а зазоры между печатными проводниками составляют порядка 1мм. Из справочных данных определяем электрическую прочность воздуха при промежутке 1мм для нормальных условий Е0=4кВ/мм. Согласно данным таблицы 3 определяем электрическую прочность при пониженном давлении Е=4*0,03=120В/мм. Пробивное напряжение при этом в зазоре в 1мм равно 120 вольт. Как следу из графика рис.6 величина этого напряжения при частоте 5МГц должна быть уменьшена на 25%, т.е. uf=0.75*u0=0.75*120=90 вольт. Далее учтем снижение напряжения поверхностного пробоя от окружающей температуры согласно данным табл.4, т.е. uпр=uf*Kt=90*0.85=76 вольт. Поскольку величина рабочего напряжения обычно выбирается в 1,5-2 раза меньше, то в нашем случае в итоге получаем

.

Откуда видно, что применение ламп, даже сверхминиатюрных, для печатных узлов в этих условиях нецелесообразно.

Воздействие пыли и песка заметно сказывается на работе наземной РЭА, в особенности, транспортной. Частицы пыли имеют размеры от 5 до 200 мкм, могут быть абразивными и гигроскопичными. При высокой влажности (свыше 75%) пыль впитывая влагу, становится проводником, а при малой величине влажности (5-10%) частицы пыли электрически заряжаются. Частицы песка состоят, в основном, из округленных зерен кварца со средним диаметром 500мкм.

Влияние пыли и песка на работу РЭА проявляются в следующем:

1. сухая пыль и песок попадая в подшипники и другие кинематические пары, засоряют смазки, вызывают заедания и износ; в реле они могут привести к отказу в срабатывании контактов, электростатически заряженная сухая пыль увеличивает опасность поражения от электрического разряда высоковольтных источников напряжения электроннолучевых трубок и т.п.,

3. влажная пыль снижает на несколько порядков поверхностное сопротивление изоляции диэлектриков, способствует развитию пробоя и коррозии металлов, в особенности, с примесью сажи, адсорбирующей ангидрид 50г.

Фоновые излучения имеют различную природу их образования: солнечную и электронного происхождения. Спектр солнечных лучей занимает, в основном, диапазон рентгеновского и инфракрасного излучения. Энергия солнечных лучей, падающих на земную поверхность составляет 2кал/см2мин (солнечная постоянная) и зависит от поглощающей способности атмосферы во времени.

Космическое излучение образует несколько поясов радиации вокруг Земли, первый из которых расположен на высоте от 2 тысяч до 5.4 тыс. км и имеет максимальную интенсивность при нейтронном излучении 10 рад/час (если радиация состоит из тяжелых протонов, то это значение возрастает до 100рад/час). Второй пояс радиации начинается на высоте порядка 13 тыс. км и простирается до 19,3 тыс. км и имеет интенсивность радиации порядка десятых долей рад/час.

Наиболее сильным для РЭА являются фоновые излучения, возникающие при ядерных взрывах и работе ядерных реакторов.

Различают 4 типа ядерного излучения: мгновенное (гамма - лучи), инициированное (нейтроны и гамма - кванты), стационарное (альфа и бета - частицы) и остаточное (продукты расщепления атомов).

Остаточное излучение обладает сравнительно малой интенсивностью и, как правило, не представляет опасности для аппаратуры. Примерно такой же эффект оказывает на ЭС стационарное излучение.

Наиболее опасными видами являются гамма – излучение, обладающее высокой проникающей способностью, и нейтронное излучение, вызывающее дефекты решетки и сильную ионизацию. При высотном ядерном взрыве с эквивалентом в 1Мт течение 1 мксек и расстоянии в 160 км гамма – излучение может дать дозу облучения мощностью в 107рад/сек. В этих условиях ЭС может поглотить радиацию порядка 106 – 1010 рад. Поток нейтронов является причиной большинства необратимых повреждений материалов и деталей ЭС. Уровни ядерной радиации, вызывающие изменения свойств материалов, могут быть оценены либо дозой поглощения в радах либо плотностью потока эквивалентных нейтронов, приходящихся на 1 см

Наиболее стойкими к радиации являются металлы и сплавы, выдерживающие значительные дозы облучения (порядка 1010 – 1012 рад), при этом несколько увеличивается их прочность и теряется ковкость (вязкость), электрические характеристики практически не меняются.

Далее следуют ионные материалы (керамика, кварц, стекло, сталлы), выдерживающие дозы в 107 ¸ 108 рад. Изменения электрических и механических свойств при этом незначительные, однако, увеличивается стойкость к пробою, а кварц и стекло начинают тускнеть, терять прозрачность.

Класс материалов пластмасс и эластомеров более подвержены радиации и изменения их свойств начинают наблюдаться уже со значений доз радиации порядка 105 – 106 рад. В табл. 5 указаны уровни радиации, вызывающие изменения свойств этих материалов.

Таблица 5

Из таблицы видно, что доза радиации и плотность потока быстрых нейтронов находятся примерно в соотношении 1:108. Термопластичные материалы при облучении становятся хрупкими и деформируются. Они темнеют или обесцвечиваются. Кроме того, у некоторых наблюдается побочный эффект – разложение материала с выходом газа и образованием кислот. Так, например, прекрасный во многих качествах фторопласт-4 (химически инертный, температуростойкий - +250°С, высокочастотный и т.п.) практически непригоден для использования при сравнительно малых дозах облучения (104 рад) за счет образования при облучении фтористоводородной кислоты. Наиболее стойким является полистирол, применяемый часто в виде покровного лака и несущих конструкций. Большинство эластомеров при облучении становятся твердыми и хрупкими (неопрен, кремнеорганическая резина), а бутиловый каучук – клейким. Органические пропитки и изоляционные масла увеличивают свою вязкость, образуют отстой и выделяют газ.

Страницы: 1, 2