RU2304557C1

RU2304557C1 - Protective coating of the components of the radio electronic equipment

Info

Publication number: RU2304557C1
Application number: RU2006108580/09A
Authority: RU
Inventors: Борис Николаевич Юдин (RU); Борис Николаевич Юдин
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2007-08-20

Abstract

FIELD: instrument engineering; protective coatings for the components of the electronic equipment.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to the field of instrument engineering. The technical result of the invention consists in the development of the protective coating having the high persistence to the action of the ionizing radiations at the small specific gravity of the structure. The substance of the invention consists that the protective coating is made in the form of the nanostructure. The nanostructure includes the totality of the atoms of the rare-earth elements introduced into the structure of the reinforcing is atomic-molecular metallic matrix array. The nanostructure may be the constituent part of the protected structure or the protective coating of the structure.

EFFECT: the invention ensures the development of the protective coating having the high persistence to the action of the ionizing radiations at the small specific gravity of the structure.

Description

Предложенное изобретение относится к области приборостроения и предназначено для защиты от воздействия радиации различных видов радиотехнического оборудования, преимущественно для защиты элементной базы радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов и/или изделий квантовой электроники и т.п.The proposed invention relates to the field of instrumentation and is intended to protect against the effects of radiation of various types of radio equipment, mainly to protect the elemental base of the electronic equipment of spacecraft and / or quantum electronics products, etc.

При отсутствии защиты земной атмосферы и специальных радиационных экранов электронные компоненты космических аппаратов подвергаются воздействию неблагоприятных условий окружающей среды космоса (электронное излучение, протонное излучение, электромагнитное излучение низкой интенсивности). Для исключения отказов радиоэлектронного оборудования на космических аппаратах используют стойкие к воздействию радиации компоненты или экранирование, обеспечивающие при минимальных габаритно-массовых характеристиках максимальный срок активного существования и надежность.In the absence of protection of the Earth's atmosphere and special radiation shields, the electronic components of spacecraft are exposed to adverse environmental conditions in space (electron radiation, proton radiation, low-intensity electromagnetic radiation). To eliminate failures of electronic equipment on spacecraft, radiation-resistant components or shielding are used, which, with minimum overall mass characteristics, maximize the period of active existence and reliability.

Наиболее эффективные способы снижения воздействия радиации заключаются в поглощении энергии излучения при прохождении через толщу какого-либо вещества. Для обеспечения защиты от ионизирующих излучений в настоящее время наиболее широко используются алюминиевые сплавы, легированные элементами с высоким атомным номером (лантаноидами и редкоземельными элементами), сплавы на основе тугоплавких и редкоземельных металлов и многослойные материалы.The most effective ways to reduce the effects of radiation are to absorb the radiation energy when passing through the thickness of a substance. To protect against ionizing radiation, aluminum alloys doped with elements with a high atomic number (lanthanides and rare-earth elements), alloys based on refractory and rare-earth metals, and multilayer materials are currently the most widely used.

В качестве аналога изобретения выбрано радиационно-защитное покрытие трехмерных многокристальных модулей, известное из патента США US 6858795, размещаемое на подвергающихся воздействию ионизирующего излучения поверхностях. Защита от радиационного воздействия обеспечивается герметично соединенными подложкой, на которой расположены интегральные схемы, крышкой и комбинацией боковых стенок, представляющих собой ограждающий короб в виде кольца и изготовленных из материала, стойкого к воздействию радиации. В качестве материалов, стойких к воздействию радиации, используются сплавы вольфрама или металлы с атомным весом более 40.As an analogue of the invention, a radiation protective coating of three-dimensional multi-chip modules, known from US Pat. No. 6,858,795, is placed on surfaces exposed to ionizing radiation. Protection from radiation exposure is provided by a hermetically connected substrate, on which the integrated circuits are located, a cover and a combination of side walls, which are a enclosing box in the form of a ring and made of a material resistant to radiation. As materials resistant to radiation, tungsten alloys or metals with an atomic weight of more than 40 are used.

Известное из US 6858795 покрытие не обеспечит эффективную защиту от различных видов излучений и не позволит снизить в необходимой мере габаритно-массовые показатели радиоэлектронной аппаратуры.The coating known from US 6858795 will not provide effective protection against various types of radiation and will not allow to reduce to the necessary extent the overall mass parameters of electronic equipment.

Целью настоящего изобретения является создание защитного покрытия элементов радиоэлектронного оборудования, обеспечивающего при минимальных габаритно-массовых характеристиках максимальную защиту элементной базы от радиационного воздействия.The aim of the present invention is to provide a protective coating of elements of electronic equipment, providing with minimum overall mass characteristics maximum protection of the element base from radiation exposure.

Техническим результатом, ожидаемым от использования предложенного технического решения, является создание защитного покрытия элементов радиоэлектронного оборудования, обладающего высокой стойкостью к воздействию ионизирующих излучений при небольшом удельном весе.The technical result expected from the use of the proposed technical solution is the creation of a protective coating for elements of electronic equipment that is highly resistant to ionizing radiation with a small specific gravity.

Дополнительно предложенное техническое решение позволит снизить интенсивность случайных сбоев радиоэлектронной аппаратуры при воздействии тяжелых заряженных частиц солнечных космических лучей и галактического космического излучения, представляющих существенную опасность для элементов динамической и статической памяти в периоды повышенной солнечной активности.Additionally, the proposed technical solution will reduce the intensity of random failures of electronic equipment when exposed to heavy charged particles of solar cosmic rays and galactic cosmic radiation, which pose a significant danger to the elements of dynamic and static memory during periods of increased solar activity.

Технический результат достигается тем, что предложено защитное покрытие элементов радиоэлектронной аппаратуры, размещенное на поверхностях, подвергающихся воздействию ионизирующего излучения. Защитное покрытие выполнено в виде наноструктуры. Наноструктура включает совокупность атомов редкоземельных элементов, введенных в структуру армирующей атомно-молекулярной матрицы. Наноструктура может быть составной частью защищаемой конструкции либо защитным слоем конструкции.The technical result is achieved by the fact that the proposed protective coating of elements of electronic equipment placed on surfaces exposed to ionizing radiation. The protective coating is made in the form of a nanostructure. The nanostructure includes a set of rare-earth atoms introduced into the structure of a reinforcing atomic-molecular matrix. The nanostructure can be an integral part of the protected structure or a protective layer of the structure.

Для изготовления армирующей металлической матрицы наиболее предпочтительно использовать металлы с атомным номером больше 50, такие как церий, гафний, тантал, вольфрам, либо сплавы этих металлов. Также для изготовления армирующей матрицы могут быть использованы другие тугоплавкие высокопрочные металлы, такие как алюминий, титан, ванадий, хром, ниобий, молибден, цирконий, никель, кобальт, либо сплавы этих металлов.For the manufacture of a reinforcing metal matrix, it is most preferable to use metals with an atomic number greater than 50, such as cerium, hafnium, tantalum, tungsten, or alloys of these metals. Other refractory high-strength metals such as aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium, molybdenum, zirconium, nickel, cobalt, or alloys of these metals can also be used to make the reinforcing matrix.

На армирующую металлическую матрицу нанотехнологически наносятся атомы редкоземельных элементов, наиболее выгодно для таких целей могут быть использованы атомы, валентно-связанные с материалом матрицы. Предпочтительным вариантом исполнения является выполнение наноструктуры в виде пространственной амплитудной дифракционной решетки или седиментированного (осажденного) слоя редкоземельных элементов в расплаве, обеспечивающей минимальные затраты материала.On the reinforcing metal matrix, atoms of rare-earth elements are deposited nanotechnologically; the atoms that are bonded to the matrix material can be most advantageously used for such purposes. The preferred embodiment is the implementation of the nanostructure in the form of a spatial amplitude diffraction grating or a sedimented (deposited) layer of rare-earth elements in the melt, which ensures minimal material costs.

Готовое покрытие закрепляется на поверхностях элемента, подвергающихся воздействию радиации, и заливается металлическим или полимерным материалом. Для подвергающейся воздействию радиации микросхемы или микросборки полученное покрытие может являться частью: конструкции непосредственно, корпуса, подложки кристалла, эвтектического слоя, с помощью которого кристалл микросхемы или микросборки соединен с корпусом, а также может являться частью зеркал резонатора лазера.The finished coating is fixed on the surfaces of the element exposed to radiation, and is poured with a metal or polymer material. For a radiation-exposed microcircuit or microassembly, the resulting coating can be part of: the structure itself, the housing, the crystal substrate, the eutectic layer, with which the chip or microassembly crystal is connected to the housing, and can also be part of the laser cavity mirrors.

Например, для сложной микросхемы защитное покрытие может быть нанесено на радиатор микросхемы с направления верхней полусферы. С направления нижней полусферы кристалл микросхемы может быть защищен покрытием, приклеенным на противоположную от микросхемы сторону несущей печатной платы. Таким образом, кристалл микросхемы оказывается экранированным практически в полном телесном угле (4π стерадиан). Для меньших телесных углов могут быть выполнены локальные защитные экраны, являющиеся отъемлемой частью конструкции микросхемы. Для лазерного зеркала - это тыльная часть зеркала (2π стерадиан).For example, for a complex microcircuit, a protective coating can be applied to the heatsink of the microcircuit from the direction of the upper hemisphere. From the direction of the lower hemisphere, the chip of the microcircuit can be protected by a coating glued to the opposite side of the microcircuit of the carrier PCB. Thus, the chip crystal is shielded almost at full solid angle (4π steradian). For smaller solid angles, local shields can be made, which are an integral part of the microcircuit design. For a laser mirror, this is the back of the mirror (2π steradian).

Таким образом, предложенное изобретение позволит создать защитное покрытие, обеспечивающее при минимальных габаритно-массовых характеристиках максимальную защиту элементной базы от радиационного воздействия в заданном телесном угле или с нужного направления.Thus, the proposed invention will allow to create a protective coating that provides, with minimum overall mass characteristics, maximum protection of the element base from radiation exposure in a given solid angle or from the desired direction.

Claims

The protective coating of the elements of electronic equipment placed on the surfaces of these elements exposed to ionizing radiation, characterized in that the protective coating is made in the form of a nanostructure, which includes a set of atoms of rare-earth elements introduced into the structure of a reinforcing atomic-molecular metal matrix, while the nanostructure is either composite part of the protected structure, or forms its protective layer.