[ Фактори що визначають побудову електронних засобів ] | Ag | Au | ||||||||
j, В | -1,55 | -1,3 | -0,76 | -0,56 | -0,44 | -0,25 | -0,13 | +0,34 | +0,8 | +1,5 |
З таблиці видно, що найбільш неприпустимими гальванічними парами є: алюміній-мідь, хром-золото, магній-сталь, сталь-мідь і ін
Розглянемо вплив вологи на характеристики вузлів РЕА на деяких прикладах.
Приклад 1. Нехай маємо 2 - каскадний підсилювач імпульсів, зібраний на друкованій платі з стеклостеклоліта СФ-1-0, 8. Імпульси на вході мають тривалість t = 1мкс, а на виході тимчасова затримка повинна становити t ф £ 0,1 мксек. Ширина друкованих провідників «в» складає 1мм, а мінімальні відстані h між ними рівні 0,5 мм. Вважаємо також, що тимчасова затримка імпульсу в основному обумовлена ємністю колекторного переходу транзисторів та паразитної ємністю друкованих провідників. При експлуатації підсилювача в середовищі з підвищеною вологістю (близько 98% для тропіків) вологопоглинання стеклотекстолита СФ-1 складає 2-5% від ваги сухого зразка, який e = 7. Навіть незначне проникнення води (e = 81) в матеріал діелектрика збільшує його діелектричну проникність у кілька разів. Приймемо, що це збільшення дорівнює 3.
Визначимо спочатку для обраного варіанта конструкції ідеальну паразитне ємність друкованих провідників за формулою:
,
де в і h - ширина і відстань між провідниками.
.
Вважаємо, що затримки в обох каскадах рівні, тоді тимчасова допустима затримка на один каскад складе t ф1 £ 0,05 мксек. Оскільки
t ф1 = 3 RкC å,
де C å = Cк + Спар, Rк - колекторна навантаження (приймаємо Rк - 2кОм), Ск - ємність коллектрного переходу транзистора (приймаємо Ск = 5пФ), то отримаємо, що
Останні обмеження накладають допуски на можливу довжину паралельних провідників
При дії вологи зміна ємності друкованих провідників прямо пропорційно зміні e при постійних розмірах конструкції. Так як нами було прийнято трикратне збільшення e, то С уд = 5 пФ / см, З пар = 10пФ, З å = 15пФ, t ф1 = 0,09 мкс і t ф = 2 t ф1 = 0,18 мксек> 0,1 мксек.
Отже, з урахуванням дії вологи на конструкцію для забезпечення вимог ТУ на нього необхідно:
- Або ввести конструктивне обмеження на довжину паралельний друкованих провідників, а саме,
- Або застосувати більш вологостійкий матеріал, наприклад, склотекстоліт Стефен-1 (вологопоглинання не більше 0,5 ¸ 2%, тобто приблизно в 3 рази менше), - або підвищити якість вологонепроникного лакового покриття.
Приклад Нехай маємо мікрополоскових лінію, виконану на полікоровой підкладці і працює в 3-см діапазоні. Відомо, що товщина мікрополоскових провідників становить 10 ¸ 15 мкм з урахуванням нарощування плівкових провідників електрохімічної міддю. Якщо прийняти, що термін зберігання виробу повинен становити не менше 2 ¸ 3 років, то за цей час глибина корозії міді, навіть хімічно чистої, буде дорівнює (2 ¸ 3) 12 = 24 ¸ 36мкм, тобто мікрополсковая лінія зникне. Тому її необхідно захищати покриттям з електрохімічним потенціалом, близьким до електрохімічного потенціалу міді. З таблиці. 1 видно, що можна застосувати сріблення або золочення. У силу технологічних особливостей обирають золото. Безпосередньо осаджувати золото на ніхром не можна із-за великого електрохімічного потенціалу цієї пари. Величина золотого покриття з урахуванням підшару міді повинна вибиратися з глибини проникнення високочастотного струму в метал за формулою:
, (2)
Де Хе - глибина проникнення тону, мм,
p - питомий опір металу,
f - робоча частота, МГц.
Для випадку золота (р = 0,024 ) І l = 3см, тобто f = 10 4 МГц отримаємо:
Для діапазону хвиль l = 20 см Хе = 2мкм <10мкм. Таким чином, золочені мікрополоскових лінії (покриття 2мкм) надійно можуть працювати в РМ і ДМ діапазонах хвиль при товщинах порядку 10мкм.
Відзначимо також можливі зміни інших параметрів мікрополоскових ліній в випадку зміни діелектричної проникності їх підкладок на 20 ¸ 30%. Для поликор можна прийняти e = 10. Тоді під дією вологи зміна e складає 2 ¸ 3. При цьому відомо, що довжина хвилі в микрополосковой лінії дорівнює
(3)
де l - довжина хвилі у вільному просторі,
к - коефіцієнт удлиннения хвилі, визначається з графіка (рис.2),
b і h - ширина микрополосковом провідника і товщина підкладки.
Приймемо, що b = h = 1мм, тоді k = 1,2 В нормальних умовах вологості і при 98% вологості отримаємо відповідно для l = 3: і тобто зміна довжини хвилі в микрополосковой лінії склало 10%, що може виявитися істотним у деяких випадках.
Аналогічно самостійно можна визначити зміну хвильового опору лінії, користуючись вихідної формулою для цього параметра:
[Ом]. (4)
Рис. 1.
Рис. 2
Умови роботи авіаційної, ракетної та космічної РЕА характеризуються, як правило, зниженими значеннями атмосферного тиску (рис. 3). Залежність робочих значень атмосферного тиску від висоти над рівнем моря обумовлена ГОСТ 4401-64 (табл. 2)
Таблиця 2
H, км | 1 | 2 | 3 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 26 | 31 |
р, мм рт. ст. | 674 | 596 | 526 | 462 | 354 | 267 | 199 | 145 | 106 | 78 | 57 | 41 | 16 | 7,7 |
Вплив зниженого тиску на працездатність РЕА проявляється через такі явища:
Зменшується електрична міцність повітряних проміжків,
Погіршуються умови теплообміну конвекцією, що викликає додаткові перегріви виробів,
У герметичних блоках виникають додаткові механічні напруги в стінках, кришках і деталях кріплення за рахунок перепаду тисків.
Залежність коефіцієнта відносної електричної міцності повітряних проміжків від висоти над рівнем моря представлені в табл. 3.
Таблиця 3.
H, км | 1 | 2 | 3 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 26 | 31 |
КЕ | 1 | 0,9 | 0,8 | 0,72 | 0,56 | 0,45 | 0,35 | 0,3 | 0,25 | 0,19 | 0,14 | 0,1 | 0,05 | 0,03 |
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
Помітивши що з подальшим зменшенням тиску (нижче 6-7 мм рт. Ст.), Тобто з підвищенням висоти більше, ніж 30-40 км, електрична міцність зростає і підкоряється закону Пашена (рис. 4).
Зменшення конвективної теплопередачі визначається з графіка (рис. 5), де величина коефіцієнта k являє собою відношення коефіцієнтів тепловіддачі при заданому і нормальному тиску:
, (5)
Це зменшення тепловіддачі, у свою чергу, призводить до зменшення електричної міцності через підвищення температури вузлів і температури навколишнього їх обсягу (середовища). Коефіцієнт зниження напруги поверхневого перекриття в інтервалі температур +20 ¸ +150 ° С при всіх значеннях атмосферного тиску від 760 мм рт.ст. до 3мм рт.ст. близький до температурного коефіцієнту зміни щільності повітря і може бути оцінений наступною формулою:
(6)
де Т - температура плати, поверхні вузла і т.п.,
t n, t ном - температура навколишнього повітря в нормальних і номінальних заданих умовах.
Значення коефіцієнта K t від температури навколишнього середовища представлені в таблиці 4
Таблиця 4
t, ° C | 50 | 70 | 100 | 120 | 150 | 175 | 200 | |||||||||||||||||||
Kt
Таким чином, обидва зазначені чинники при зниженому атмосферному тиску можуть значно зменшити діапазон робочих напруг в радіоелектронних пристроях. Приклад: потрібно визначити робоче напруга живлення радіоелектронного блоку на друкованій платі, що працює при Р = 7,7 мм рт.ст. (31км висоти) і температурі навколишнього повітря t ном = +70 ° C. При цьому відомо що робоча частота блоку дорівнює 5МГц, а зазори між друкованими провідниками становлять близько 1 мм. З довідкових даних визначаємо електричну міцність повітря при проміжку 1мм для нормальних умов Е 0 = 4кВ/мм. Згідно з даними таблиці 3 визначаємо електричну міцність при зниженому тиску Е = 4 * 0,03 = 120В/мм. Пробивна напруга при цьому в зазорі в 1мм дорівнює 120 вольт. Як сліду з графіка рис.6 величина цієї напруги при частоті 5МГц повинна бути зменшена на 25%, тобто u f = 0.75 * u 0 = 0.75 * 120 = 90 вольт. Далі врахуємо зниження напруги поверхневого пробою від навколишньої температури згідно з даними табл.4, тобто u пр = u f * K t = 90 * 0.85 = 76 вольт. Оскільки величина робочої напруги зазвичай вибирається в 1,5-2 рази менше, то в нашому випадку в результаті отримуємо . Звідки видно, що застосування ламп, навіть надмініатюрних, для друкованих вузлів в цих умовах недоцільно. Вплив пилу і піску помітно позначається на роботі наземної РЕА, особливо, транспортної. Частинки пилу мають розміри від 5 до 200 мкм, можуть бути абразивними й гігроскопічні. При високій вологості (понад 75%) пил вбираючи вологу, стає провідником, а при малій величині вологості (5-10%) частки пилу електрично заряджають. Частинки піску складаються, в основному, з округлених зерен кварцу з середнім діаметром 500мкм. Вплив пилу і піску на роботу РЕА проявляються в наступному: 1. суха пил і пісок потрапляючи в підшипники та інші кінематичні пари, засмічують мастила, викликають заїдання і знос; в реле вони можуть призвести до відмови в спрацьовуванні контактів, електростатично заряджена суха пил збільшує небезпеку ураження від електричного розряду високовольтних джерел напруги електроннопроменевих трубок і т.п ., 3. волога пил знижує на кілька порядків поверхневий опір ізоляції діелектриків, сприяє розвитку пробою і корозії металів, особливо, з домішкою сажі, адсорбуючою ангідрид 50г. Фонові випромінювання мають різну природу їх утворення: сонячну і електронного походження. Спектр сонячних променів займає, в основному, діапазон рентгенівського та інфрачервоного випромінювання. Енергія сонячних променів, падаючих на земну поверхню становить 2кал/см 2 хв (сонячна постійна) і залежить від поглинання атмосфери в часі. Космічне випромінювання утворює кілька поясів радіації навколо Землі, перший з яких розташований на висоті від 2 тисяч до 5.4 тис. км і має максимальну інтенсивність при нейтронному випромінюванні 10 рад / год (якщо радіація складається з важких протонів, то це значення зростає до 100рад/час ). Другий пояс радіації починається на висоті близько 13 тис. км і простягається до 19,3 тис. км і має інтенсивність радіації порядку десятих часток рад / год. Найбільш сильним для РЕА є фонові випромінювання, що виникають при ядерних вибухах і роботі ядерних реакторів. Розрізняють 4 типи ядерного випромінювання: миттєве (гамма - промені), ініційоване (нейтрони та гамма - кванти), стаціонарне (альфа і бета - частинки) і залишкове (продукти розщеплення атомів). Залишковий випромінювання має порівняно малою інтенсивністю і, як правило, не представляє небезпеки для апаратури. Приблизно такий же ефект справляє на ЕС стаціонарне випромінювання. Найбільш небезпечними видами є гамма - випромінювання, що володіє високою проникаючою здатністю, і нейтронне випромінювання, що викликає дефекти решітки і сильну іонізацію. При висотному ядерному вибуху з еквівалентом в 1Мт протягом 1 мксек і відстані в 160 км гамма - випромінювання може дати дозу опромінення потужністю в 10 7 рад / сек. У цих умовах ЕС може поглинути радіацію близько 10 6 - 10 10 радий. Потік нейтронів є причиною більшості незворотних ушкоджень матеріалів і деталей ЕС. Рівні ядерної радіації, що викликають зміни властивостей матеріалів, можуть бути оцінені або дозою поглинання в радах або щільністю потоку еквівалентних нейтронів, що припадають на 1 см Найбільш стійкими до радіації є метали і сплави, що витримують значні дози опромінення (близько 10 10 - 10 12 рад), при цьому дещо збільшується їх міцність і втрачається гнучкість (в'язкість), електричні характеристики практично не змінюються. Далі слідують іонні матеріали (кераміка, кварц, скло, сталли), що витримують дози в 10 7 ¸ 10 серпня радий. Зміни електричних і механічних властивостей при цьому незначні, однак, збільшується стійкість до пробою, а кварц і скло починають тьмяніти, втрачати прозорість. Клас матеріалів пластмас і еластомерів більш схильні до радіації та зміни їх властивостей починають спостерігатися вже із значень доз радіації порядку 10 травня - 10 6 радий. У табл. 5 зазначені рівні радіації, що викликають зміни властивостей цих матеріалів. Таблиця 5
З таблиці видно, що доза радіації і щільність потоку швидких нейтронів знаходяться приблизно у співвідношенні 1:10 8. Термопластичні матеріали при опроміненні стають крихкими і деформуються. Вони темніють або знебарвлюються. Крім того, у деяких спостерігається побічний ефект - розкладання матеріалу з виходом газу і утворенням кислот. Так, наприклад, прекрасний у багатьох якостях фторопласт-4 (хімічно інертний, температуростійкі - +250 ° С, високочастотний і т.п.) практично непридатний для використання при порівняно малих дозах опромінення (10 4 радий) за рахунок утворення при опроміненні фтористоводородной кислоти . Найбільш стійким є полістирол, застосовуваний часто у вигляді покривного лаку і несучих конструкцій. Більшість еластомерів при опроміненні стають твердими і тендітними (неопрен, кремнеорганічною гума), а бутиловий каучук - клейким. Органічні просочення і ізоляційні масла збільшують свою в'язкість, утворюють відстій і виділяють газ. Будь ласка, не зберігайте тестовий текст. |