Способ испытаний радиоэлектронной аппаратуры на стойкость к воздействию импульса гамма-излучения Российский патент 2022 года по МПК G21K5/00 

Изобретение относится к области испытаний радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), функционирующей в условиях повышенной температуры, на стойкость к воздействию импульса гамма-излучения (ИГИ).

Требования к проведению радиационных испытаний РЭА образцов вооружения военной и специальной техники задаются с учетом различных условий ее применения: в атмосферных условиях или в условиях космического пространства (в вакууме). Кроме того, значительное количество моделирующих установок (МУ) в своем составе имеют вакуумные камеры, позволяющие воспроизводить более высокие параметры ИГИ по сравнению с атмосферными условиями. В общем случае радиационная стойкость РЭА должна определяться в режимах функционирования, наиболее критичных к испытательному воздействию. Известно, что повышение температуры элементов РЭА в результате самонагрева или воздействия внешних факторов может быть причиной снижения стойкости к воздействию ИГИ и приводить к отказам аппаратуры, вплоть до катастрофических. Таким образом, испытания РЭА на стойкость к воздействию ИГИ целесообразно проводить в тепловых режимах, наиболее близких к максимально допустимой температуре ее функционирования.

Известны способы радиационных испытаний элементов РЭА, как правило, отдельных электронных плат или интегральных микросхем, в которых нагрев до требуемой температуры осуществляется с помощью подложек с нагревательными элементами, выполненными в виде печатных проводников, по которым пропускают электрический ток [1], либо с помощью омических нагревательных элементов, выполненных, например, в виде чип-резистора, который в процессе работы выделяет со своей поверхности достаточное количество тепла [2], или теплопроводящих пластин [3]. Общим недостатком способов является невозможность равномерного нагрева относительно крупных образцов РЭА из-за большой неравномерности распределения температуры по ее объему.

Известен способ термостабилизации электронной аппаратуры путем пропускания теплоносителя через микроканальный теплообменник, установленный на электронной аппаратуре [4]. Недостатком способа являются относительно большие размеры системы термостабилизации, включающей термоэлектрические модули с гидравлическим контуром микроканального теплообменника, что не позволяет разместить нагреваемую РЭА в испытательном объеме с допустимой неравномерностью распределения параметров излучений, особенно в вакуумной камере моделирующих установок, имеющих ограниченные габаритные размеры.

Известно техническое решение, реализованное при создании установки для задания и стабилизации температуры полупроводниковых приборов и интегральных схем в диапазоне от -60°С до +150°С при проведении имитационных лазерных и рентгеновских испытаний [5] за счет нагрева или охлаждения потока воздуха, подводимого к объекту испытаний. Однако данный способ также не применим для реализации в условиях вакуума.

Наиболее близкое техническое решение по воспроизведению теплового режима РЭА при радиационных испытаниях предложено в способе-прототипе [6] заявляемого изобретения. Оно заключается в применении термокамеры с теплоизолированными стенками и нагревательно-охлаждающей системой термостатирования, куда помещают платы с облучаемыми элементами электроники. Недостатком данного технического решения является низкая эффективность его применения при проведении испытаний РЭА на стойкость к воздействию ИГИ. Это обусловлено значительным ослаблением термокамерой интенсивности гамма-излучения и тем самым невозможностью обеспечения требуемых уровней испытательного воздействия за импульс длительностью от единиц до десятков наносекунд.

Технический результат изобретения заключается в воспроизведении заданного теплового режима РЭА, адекватного реальным условиям ее эксплуатации, и заданного уровня воздействия ИГИ при проведении испытаний РЭА как в атмосферных условиях, так и в вакууме.

Технический результат достигается за счет применения гибкого электронагревателя, состоящего из токопроводящих нитей, встроенных в термотканевую основу, размещения электронагревателя на внешней поверхности РЭА, обеспечивая равномерный нагрев РЭА до заданной температуры, а также определения толщины электронагревателя с учетом ослабления уровня воздействующего гамма-излучения.

Проверка способа проведена на МУ Транс-4-1, представляющей собой сильноточный генератор импульсного тормозного излучения гамма-рентгеновского диапазона. Излучение этой установки является симметричным относительно ее продольной оси. Устройство вывода излучения позволяет проводить облучение объектов как при атмосферных условиях, так и в вакуумной камере (при остаточном давлении порядка 10^-4 мм рт.ст.).

Для нагрева РЭА использовался гибкий нагреватель, представляющий собой синтетическую термотканевую основу толщиной 0,3 мм с вплетенными в нее токопроводящими углеродными нитями, расположенными по всей внешней поверхности РЭА с интервалом 2 см для обеспечения равномерного нагрева блока.

На фиг. 1 представлены результаты экспериментального определения «прозрачности» гибкого нагревателя. Ослабляющие свойства нагревателя определялись путем сравнения результатов измерения максимальной мощности экспозиционной дозы P_X при различных уровнях воздействия гамма-рентгеновского излучения МУ Транс-4-1 с помощью алмазного дозиметра САД-1М и термолюминесцентных детекторов ДТГ-4, установленных на внешней поверхности гибкого нагревателя (позиция 1 на фиг. 1) и внутренней (позиция 2 на фиг. 1).

На фиг. 2 и фиг. 3 представлены результаты экспериментов по нагреву блока РЭА с габаритными размерами 70 мм × 70 мм × 150 мм соответственно при атмосферных условиях и в вакууме. Масса блока 0,7 кг, корпус выполнен из стали толщиной 0,8 мм. Внутри блока на печатной плате с радиатором из алюминия размещена микросхема 142ЕН5А - линейный стабилизатор напряжения питания (на 5 В и 5 А). Режим нагрева контролировался с помощью специально разработанной программируемой системы, построенной на стандартном промышленном контроллере и включающей в себя блоки мониторинга температуры в нескольких контрольных точках (до 4-х) внутри (штриховые линии) и на поверхности (сплошные линии) РЭА.

В результате проведенных исследований установлено, что применение для нагрева РЭА гибкого электронагревателя из токопроводящих нитей, встроенных в термотканевую основу, не приводит к ослаблению параметров ИГИ при радиационных испытаниях, что позволяет воспроизводить заданные уровни воздействия при нагреве РЭА до температур, адекватных реальным условиям ее эксплуатации.

По сравнению с другими аналогами предлагаемый способ является более простым при его реализации, не требует больших финансовых затрат и может применяться при испытаниях РЭА на стойкость к воздействию ИГИ не только в атмосферных условиях, но и в условиях вакуума.

Литература

1. Прыщак А.В., Егоров А.Н., Иванов В.Е. и др. Многослойная печатная плата с возможностью подогрева элементов радиоэлектронной аппаратуры в условиях воздействия экстремальных отрицательных температур. Полезная модель, патент РФ №166556, 2016.

2. Крутов С.В., Стратилатов К.С. Устройство стабилизации температуры электронных компонентов. Патент РФ на изобретение №2529852, 2014.

3. Бесецкий А.В., Емельянов В.В., Озеров А.И. и др. Особенности испытаний ПЛИС на воздействие ТЗЧ при различных температурах. Научно-технический сборник «Тезисы докладов 15 Всероссийской научно-технической конференции «Стойкость-2012», 5-6 июня 2012.

4. Дроздов И.Г., Иванов А.С., Калинин Ю.Е. и др. Способ термостабилизации электронной аппаратуры. Патент РФ на изобретение №2630948, 2017.

5. Артамонов А.С. Установка для задания и стабилизации температуры ПП и ИС при проведении имитационных испытаний. Научно-технический сборник «Радиационная стойкость электронных систем - Стойкость-2003». - М.: МИФИ, 2003.

6. Воробьев А.С., Иванов Е.М., Михеев Г.Ф. Устройство для радиационного облучения и испытаний надежности электроники авиакосмического назначения к воздействию нейтронов с использованием ускорителя заряженных частиц. Патент РФ на изобретение №2668997, 2018.

Изобретение относится к способу испытаний радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) на стойкость к воздействию импульса гамма-излучения (ИГИ) в условиях повышенной температуры. В способе предусмотрено применение гибкого электронагревателя, состоящего из токопроводящих нитей, встроенных в термотканевую основу, размещение электронагревателя на внешней поверхности РЭА, обеспечивая равномерный нагрев РЭА до заданной температуры, а также определение толщины электронагревателя с учетом ослабления уровня воздействующего гамма-излучения. Техническим результатом является воспроизведение заданного теплового режима РЭА, адекватного реальным условиям ее эксплуатации, и заданного уровня воздействия ИГИ при проведении испытаний РЭА как в атмосферных условиях, так и в вакууме. 3 ил.

Способ испытаний радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) на стойкость к воздействию импульса гамма-излучения (ИГИ), основанный на воспроизведении воздействия заданного уровня ИГИ на РЭА, нагретую с помощью внешнего источника тепла, отличающийся тем, что в качестве источника тепла применяют гибкий электронагреватель, состоящий из токопроводящих нитей, встроенных в термотканевую основу, при этом электронагреватель размещают на поверхности РЭА, обеспечивая равномерный нагрев РЭА до заданной температуры, а толщину электронагревателя определяют с учетом ослабления уровня воздействующего гамма-излучения.