Современная электроника №2/2021

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 60 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 мутационной платы (см. рис. 1а). Раз- мер каждого кристалла составляет 0,90 × 0,90 × 0,24 мм 3 . Размер платы и положение каждого кристалла на ней указаны на рисунке. Отметим, что тип активных элементов и размеры их кристаллов выбраны произвольно и для определения значения D не игра- ют существенной роли. Из расчётной модели исключены пассивные компо- ненты (резисторы, конденсаторы, кар- касные катушки индуктивности и т. д.), способные создать некоторую теневую защиту активным элементам от иони- зирующих излучений. Это позволяет рассматривать защитные свойства только стенок корпуса и встроенных радиационных экранов. Плата с транзисторами помещена в металлический корпус пенально- го типа, герметизируемый по верх- ней крышке (см. рис. 2). Внутренние размеры нижнего и верхнего осно- ваний корпуса соответствуют разме- рам платы. Исследовались три типа корпусов: без экранов радиационной защиты – тип I (см. рис. 1б), с экрана- ми – тип II (см. рис. 1в) и с экранами оптимизированной конструкции – тип III (см. рис. 1г). Внешние размеры всех корпусов практически совпадают и показаны на рисунках 1б–г. Имеет- ся лишь незначительное различие по высоте: у корпуса типа I она состав- ляет 10,0 мм, а у типов II и III – 9,8 мм. Боковые стенки всех корпусов изготов- лены из сплава НК29 (ковара) толщи- ной 1,2 мм. Верхнее и нижнее основания корпуса типа I также выполнены из ковара, их толщина которых показана на рисун- ке 1б. У корпусов типов II и III усиление защиты проведено только для крыш- ки и основания, что проще реализо- вать технически в процессе изготов- ления серийных гибридных корпусов. Основание обоих корпусов с радиаци- онными экранами (см. рис. 1в, г) име- ет толщину 1,2 мм и состоит из слоя композита W-Cu толщиной 0,8 мм между двумя слоями меди толщиной 0,2 мм для улучшения теплоотводя- щих свойств. Плотность композита W-Cu равна 16,5 г/см 3 , а суммарная массовая тол- щина основания с защитным экраном и слоями меди – 1,67 г/см 2 . Верхние крышки корпусов, изготовленные из ковара толщиной 0,9 мм, усиле- ны дополнительным слоем компо- зита W-Cu толщиной 0,55 мм до сум- марной массовой толщины, равной 1,67 г/см 2 . Основным отличием между корпусами типов II и III является раз- личное положение верхнего защитно- го слоя W-Cu относительно основания. В первом случае он располагается непо- средственно под крышкой корпуса (см. рис. 1в), а во втором – на высоте 1,2 мм от основания корпуса, т. е. приближён к активным элементам на расстояние ~ 1 мм (см. рис. 1г). Указанное значе- ние высоты в данной модели выбра- но произвольно. Положение экрана относительно основания в реальных корпусах может быть другим, так как оно будет зависеть от толщины и типа печатной платы, а также размеров эле- ментов навесного монтажа. Положение экрана будет отличаться, например для одно- и двухсторонних, а также много- слойных печатных плат. В настоящее время существует большое число кон- структивно-технологических разно- видностей печатных плат, и невозмож- но рассмотреть их все в рамках данной работы. Учитывая то, что коммутацион- ная плата в весьма незначительной сте- пени ослабляет поток ионизирующего излучения по сравнению с основани- ем и другими стенками корпуса, она, так же как и пассивные компоненты, исключена из расчётной модели, т. е. кристаллы транзисторов расположе- ны на основаниях корпусов всех трёх типов согласно рисунку 1а. Суммарная поглощённая доза D рас- считывалась по формуле [8]: где ϕ ( E ) – дифференциальный спектр электронов; D 0 ( E ) – поглощённая доза в зависимости от энергии Е электро- нов; Φ – флюенс электронов. Величи- на поглощённой дозы от электронно- го излучения на единичный флюенс в формуле (1) фактически опре- деляет уровень поглощённой дозы от одного электрона. С помощью программного комплек- са Geant4 v.10.5 методом Монте-Карло [9] для каждого значения энергии Е из спектра электронов рассчитывалась поглощённая доза D 0 в каждом кри- сталле кремния для всех типов корпу- сов. Корпуса размещались в изотроп- ном поле электронного излучения с флюенсом Φ = 4,1·10 6 см –2 . При этом учитывался вклад от вторичных элек- тронов и тормозного излучения. Далее в соответствие с формулой (1) мето- дом численного интегрирования были получены значения суммарных погло- щённых доз D в кристаллах кремния за 1 сутки. В настоящей работе расчё- ты проводились для круговой орби- ты с углом наклонения i =30° высотой H =8000 км. Дифференциальные спек- тры электронов ϕ ( E ) при максимуме и минимуме солнечной активности (С А) были получены с помощью програм- мы OMERE 5.3 [10]. Результаты и обсуждение Полученные в результате модели- рования зависимости D 0 ( E ) для кри- сталлов кремниевых транзисторов в корпусах трёх типов представлены на рисунке 3. Для каждого типа корпу- са показаны семейства из шести зави- симостей, которые на графике наибо- лее заметно различаются для корпуса типа III. Для корпусов типов I и II кри- вые D 0 ( E ) всех шести активных элемен- тов платы лежат достаточно близко. Согласно представленным результа- там можно заключить, что все зависи- Рис. 2. Фотография корпуса и крышки с установленными радиационными экранами (1) ,