Физическая сущность экранирования

Экран, с физической точки зрения, - замкнутая металлическая оболочка, препятствующая попаданию поля в пространство. Занятое электронным устройством. Механизм экранирования двоякий:

· отражение;

· поглощение (вихревые токи) при этом энергия паразитного поля идёт на джоулевое тепло, перемагничивание

Эффективность экранирования зависит от материала экрана, толщины экрана. Количественно эффективность экрана определяется численным значением коэффициентом экранирования. Под коэффициентом экранирования понимается отношения величины напряженности паразитного поля до экрана к напряженности паразитного поля после экрана т.е. коэффициент экранирования прошедшего через экран вычисляется как в децибельной форме, так и не в децибельной

Электростатический экран - тонкие металлические листы и даже пленки, электропроводящие краски, проволочные сетки, обладающие хорошей проводимостью, обеспечивающие замыкание помехи на землю. Электростатическое экранирование основано на замыкании электрического экрана на шину с нулевым потенциалом (корпусом, землей). Эффективность экранирования электростатического поля не зависит от толщины и материала экрана, так как токи, протекающие по нему малы. Часто электростатические экраны выполняют в виде тонкого слоя металлизации нижней стороны корпуса ИС. В качестве экрана может использоваться сетка. Окна в сетке должны быть меньше длины волны электрического поля.

Магнитостатический экран – экран изготовляется из ферромагнитных материалов (пермалой, сталь) с большой магнитной проницаемостью. Линии индукции проходят, в основном, по стенкам экрана, которые обладают малым магнитным сопротивлением по сравнению с воздушным пространством (чем толще экран и меньше стыков, тем меньше сопротивление). В магнитостатическом экранирование толщина экрана берется очень большой – от 0,5 до 1,5 мм. Материал – ферромагнетики с большой магнитной проницаемостью (пермалой, ферриты). При наличии такого экрана силовые магнитные линии проходят, в основном, по его стенкам, которые обладают малым магнитным сопротивлением по сравнению с сопротивлением воздушного пространства (эффект шунтирования).

Электромагнитный экран – механизм подавления помех состоит в отражении поля от поверхности экрана (вытеснению внешнего поле из пространства, занятого экраном) и затуханию его в теле экрана (с повышением частоты) и основан на действии возникающих в теле экрана вихревых токов.

Для экрана используются материалы, содержащие алюминий, медь, серебро, золото, марганец, бериллий с низким удельным сопротивлением.

Лекция № 8

Защита конструкторской аппаратуры от воздействия влаги

В процессе производства, хранения и эксплуатации аппаратура может подвергаться воздействию влаги (водяного пара), содержащейся в окружающем пространстве. Содержание влаги в воздухе зависит от температуры и давления.

Величины, характеризующие массу водяного пара, находящегося в воздухе:

1. Упругость или парциальное давление водяного пара. Измеряется в Паскалях и характеризует количество влаги, находящееся в атмосферном воздухе.

2. Абсолютная влажность - это масса водяного пара, содержащегося в единице объема при нормальных условиях (давление 750 мм рт. ст.= 0,1 МПа).

3. Относительная влажность – выраженное в процентах отношение фактической абсолютной влажности к максимально возможной.

4. Точка росы – температура полного насыщения воздуха водяным паром.

Воздействие влаги появляется в том, что происходит разрушение структуры материала. Проявляется это по-разному:

· в металлах происходит коррозия;

· в изоляционных материалах поглощением влаги и как следствие понижением изоляционных свойств.

При этом резко сокращается срок службы металлических компонентов. Так, например, срок службы компонентов, содержащих металлические детали (черный металл) сокращается в 2 - 2,5 раза. Срок службы компонентов содержащих детали из алюминиевых сплавов в 2 раза.

При воздействии влаги:

· снижаются электроизоляционные свойства;

· нарушается сопротивление изоляции;

· растут диэлектрические потери;

· разрушается структура резисторов и изменяется их сопротивление;

· накапливаются объемные заряды в биполярных полупроводниковых интегральных схемах;

· в виду того, что микро миниатюризация электронной аппаратуры приводит к снижению расстояний между токонесущими частями, попадание влаги вызывает деградацию параметров (штепсельные разъемы, переходные платы, межслойное пространство многослойных плат с печатным монтажом);

· коррозия металлизации интегральных схем;

· проникновение влаги в пластмассовые корпуса из-за недостаточной их герметизации.

Собственно влияние влаги на электронную базу носит обратимый характер, однако при прохождении электрического тока эти изменения становятся необратимыми.

Способы влагозащиты аппаратуры

Для защиты применяются так называемые влагозащитные конструкции.

Монолитные оболочки – составляют неразрывное целое с защищаемым узлом. Сложность создания оболочек объясняется тем, что они часто служат несущей конструкцией, теплоотводом, защитой от электрических воздействий, ионизирующих излучений, пыли, света, микроорганизмов.

Полые (пустые) влагозащитные оболочки защищают от механического контакта с оболочкой, что обеспечивает работу в более широком диапазоне температур, и исключают химическое воздействие оболочки и защищаемого компонента. Полые оболочки, как правило, имеют более высокую эффективность влагозащиты, но имеют значительные габариты, массу, стоимость. Наиболее эффективно использование полых оболочек для групповой герметизации. Стоимость полых оболочек высокая, ремонтоспособность низкая. Ниже показано многообразие влагозащитных конструкций.

Воздействие колебаний атмосферного давления.

Атмосферное давление

На поверхности земли колебания атмосферного давления незначительны, поэтому они существенного влияния на аппаратуру не оказывают. Однако, аппаратура, используемая в высокогорных работах, в подземных и подводных условиях испытывают влияние атмосферного давления, которое существенно отличается от нормального. Особенно сильное воздействие испытывает аппаратура, устанавливаемая на борту летательных аппаратов и морских судов.

Изменение атмосферного давления проявляется непосредственно и косвенно.

Непосредственное воздействие состоит в том, что изменяются характеристики элементов. Например, у конденсаторов с воздушным диэлектриком изменяется емкость и допустимое рабочее напряжение.

Косвенное воздействие состоит в том, что, например, при повышении давления, ухудшается условие воздушного охлаждения аппаратуры вследствие уменьшения плотности воздуха.