Диссертация (Метод обеспечения функциональной надежности печатных узлов радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов при воздействии электростатических разрядов), страница 2

Эксперименты и моделирование,выполненные по оригинальной методике подтвердили результаты ранееопубликованных экспериментальных исследований [8].2. Создана методика моделирования воздействия электростатического раз­ряда по модели заряженного компонента на печатные узлы, состоящий впредставлении объекта воздействия ЭСР в виде эквивалентной электри­ческой схемы и последующем её моделировании с помощью программ­7ного обеспечения (ПО) для схемотехнического моделирования.

По из­вестным параметрам ПП и электронного компонента можно рассчитатьпорог отказа при CBM ЭСР.3. Для экспериментальной проверки созданной методики моделированияЭСР разработан стенд и выполнены сравнительные исследования ре­зультатов расчётов и экспериментов. Произведён сравнительный анализполученных экспериментальных данных с данными зарубежных источ­ников.Практическая значимость1. Разработанная методика схемотехнического моделирования воздействияЭСР на МОП-транзисторы с использованием ПО с открытым исходнымкодом Qucs имеет применение для выявления чувствительности печат­ных узлов различных изделий спецтехники к ЭСР на этапе разработкиКД.2. На основе разработанной модели CBM ЭСР выработаны рекомендациипо рациональному конструированию ПП для условий эксплуатации, гдеимеется опасность накопления заряда ПП.3. На основе созданной методики контроля электростатических потенциа­лов разработана практическая схема контактного прибора для контроляэлектростатических потенциалов, на которую получен патент на полез­ную модель №118066 [66].

Данное средство контроля внедрено в техпро­цесс монтажа РЭА.4. Решена задача сопряжения электрометра с устройствами обработкиданных и разработана оригинальная схема гальванической развязки,на которую получен патент на полезную модель №127555 [65].85.

В ходе исследований показана возможность применения ПО с откры­тым исходным кодом для решения научных и инженерных задач: моде­лирования, обработки данных эксперимента и т.п. Для моделированияиспользуется программа Qucs, для обработки результатов эксперимен­та — система численных расчётов Octave, для разработки ПО — наборбиблиотек С++ Qt4, для подготовки текстовых документов — системавёрстки LATEX.6. В ходе исследований в исходный код ПО Qucs были внесены изменениядля оптимизации его использования в учебном и исследовательском про­цессе.

Изменения приняты в текущую выпускаемую версию ПО.Положения, выносимые на защиту:1. Для расчёта порога отказа электронных компонентов при CBM ЭСР до­статочно представить объект воздействия ЭСР (печатный узел) в видеэквивалентной электрической схемы с сосредоточенными параметрами(эквивалентная индуктивность и ёмкость). Возможен автоматизирован­ный расчёт переходного процесса в данной эквивалентной схеме припомощи ПО для схемотехнического моделирования общего назначения.2. Порог отказа МДП-транзисторов при CBM ЭСР снижается на 50% иболее по сравнению с порогом отказа при CDM ЭСР.

Снижение порогаотказа подтверждается результатами экспериментов и моделирования.Степень снижения порога отказа определяется эквивалентной ёмкостьюпечатного монтажа.3. Экспериментально установлено, что печатные платы могут накопитьстатический заряд достаточный, чтобы вызвать CBM ЭСР при контак­те платы с заземлённым объектом и отказ электронных компонентов,установленных на плате.9Реализация и внедрение результатов работы Результаты прове­дённых исследований внедрены в производство изделий аппаратуры связиспециального назначения на предприятии ОАО «Калужский электромехани­ческий завод», г.

Калуга.Результаты, изложенные в диссертации, могут быть использованы дляповышения надёжности печатных узлов. Экономический эффект состоит втом, что моделирование воздействия ЭСР на печатные узлы и электронныекомпоненты, позволит сократить цикл натурных испытаний изделий элек­тронной техники на воздействие ЭСР и исключить уже на этапе разработкиКД конструктивные решения, которые снижают стойкость изделия к воздей­ствию ЭСР. В процессе исследований был разработан и запатентован прибордля контроля электростатических потенциалов с повышенной устойчивостьк перегрузкам.Данное средство контроля было использовано для выявления электриза­ции кабелей, проводов и жгутов при монтаже бортовой РЭА КА при выпол­нении НИР по составной части ОКР «Двина — КВТК».Апробация работыОсновные результаты диссертации докладывались на следующих конфе­ренциях:1.

Научно-техническая конференция (НТК) студентов, аспирантов и моло­дых специалистов, посвящённая 50-летию МИЭМ, 2012 год, г. Москва.2. Международная НТК: «Инновационные информационные технологии»,2012 год, г. Прага.3. Региональная НТК студентов, аспирантов и молодых учёных «Науко­ёмкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инноваци­онной деятельности в вузе», 2012 год, г. Калуга.104.

Всероссийская НТК «Наукоёмкие технологии в приборо- и машиностро­ении и развитие инновационной деятельности в вузе», 2012 год, г. Ка­луга.5. Вторая всероссийская НТК «Системы управления беспилотными косми­ческим и атмосферными летательными аппаратами», г.Москва, МОКБ«Марс», 2012 год.6. Конференция «Зворыкинские чтения», г. Муром, 2013 год.7. НТК студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ— 2013, г. Москва.8. Всероссийская НТК «Наукоёмкие технологии в приборо- и машиностро­ении и развитие инновационной деятельности в вузе», 2013 год, г.

Ка­луга.9. Конференция ИНФО-2013, г.Сочи, 2013 год.10. Конференция «Техно ЭМС», г. Москва, 2013 год.11. НТК студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ— 2014, диплом за лучшую аспирантскую научную работу.Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 23 печатных ра­ботах, из них 3 статьи в изданиях из перечня ВАК и 2 приравненные к нимпубликации. Общий объём публикаций 7,13 печатных листов, из которых лич­ный вклад автора 5,78 печатных листов.Личный вклад автора Личный вклад автора состоит в разработкеи анализе эквивалентной схемы CBM электростатического разряда, разра­ботке методики моделирования данного типа ЭСР, в постановке эксперимен­11тальных работ и обработке результатов экспериментов. Автором предложенооригинальное средство контроля электростатических потенциалов.Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 4глав, заключения и списка литературы.

Общий объем диссертации 148 стра­ниц, включая 63 рисунка. Библиография включает 78 наименований на 9страницах.12Глава 1Анализ источников по тематикеэлектростатического разряда и измеренияхарактеристик электростатических полей1.1. ВведениеС повышением степени интеграции электронных компонентов чувстви­тельность электроники к статическому электричеству будет повышаться. Нарис. 1.1 показан график прогноза чувствительности электронных компонен­тов к электростатическому потенциалу [16].Рис. 1.1. Прогноз чувствительности электронных компонентов к напряжённости электро­статического поляКак видно из графиков, с повышением степени интеграции чувствитель­13ность электронных компонентов к электростатическим полям будет возрас­тать с каждым годом.

Поэтому контроль статического электричества на пред­приятиях, производящих радиоэлектронную аппаратуру представляет важ­ную задачу.При различных исследованиях электростатического разряда бывают необ­ходимы измерения характеристик электростатических полей. Например та­кие измерения позволяют выявить материалы, наиболее склонные к электри­зации, сравнить материалы по степени склонности к электризации, выбратьместо установки нейтрализаторов электростатического заряда, оценить вре­мя стекания зарядов [60, 64]. Также принципы, сходные с используемымипри измерения электростатических потенциалов используются и при измере­нии проводимости воздуха при испытании установок для ионизации [20]. Поданной причине важна разработка методик и аппаратуры контроля характе­ристик электростатических полей для приборостроительных предприятий.Целью обзора, который необходимо провести в первой главе, являетсярассмотрение имеющихся на настоящий момент публикаций по тематике воз­действия ЭСР на радиоэлектронную аппаратуру, выполненную на базе по­лупроводниковых приборов.

Также будут рассмотрены существующие мето­дики моделирования воздействия ЭСР на РЭА, методы и аппаратура дляпроведения контроля параметров статического электричества.1.2. Понятие электростатического поля и зарядаВ дальнейшем мы будем рассматривать статические, то есть неподвиж­ные заряды и статические, не меняющиеся со временем электрические поля.Будем считать, что перемещения зарядов отсутствует и силы, действующиена заряды целиком определяются взаимным расположением зарядов. Пере­мещения зарядов мы будем считать бесконечно медленными, т.е. настолько14медленными, чтобы силы взаимодействия можно было предполагать практи­чески не зависящими от скорости движения зарядов.Электрический заряд измеряется в Кулонах, Кл.