Методы и средства защиты МИС и СС от дестабилизирующих воздействий

Бакалавриат 2019/2020

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Курс по выбору (Инфокоммуникационные технологии и системы связи)

Направление: 11.03.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 4-й курс, 2, 3 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Грачев Николай Николаевич

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 52

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Дисциплина «Методы и средства защиты МИС и СС от деструктивных воздействий» рассматривает: - изучение влияния внешних и внутренних факторов, воздействующих на МИС; - изучение принципов защит МИС и СС и их теоретическое обоснование на основе классических положений теоретической механики, термодинамики и аэрогидромеханики; - изучение конструктивных мер по защите широкого класса аппаратуры, включая микроэлектронные устройства с применением микропроцессоров; - изучение инженерных методов расчета систем вибро- и тепло защиты и комплексный анализ тепловых тепловых и вибрационных характеристик основанном на электротепловом и электромеханическом моделировании с применением ЭВМ и САПР; - овладение практическими навыками в области проектирования МИС и СС и разработки конструкторской документации; - овладение практическими навыками в области разработки МИС и СС . Текущий контроль знаний осуществляется оперативного контроля освоения лекционного материала путем письменного опроса после каждой лекции, оценки освоения материалов семинаров, оценки отчетов о выполнении домашних заданий. Текущий контроль предусматривает письменное домашнее задание. Домашние задания предназначены для углубленного изучения принципов работы радиотехнических и телевизионных систем

Цель освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Методы и средства защиты МИС и СС» являются: - изучение влияния внешних и внутренних факторов, воздействующих на МИС и СС, при их эксплуатации, транспортировании и хранении с целью обоснованного выбора конструктивных мер защиты от тепловых и механических воздействий на этапе проектирования; - изучение принципов защит МИС и СС и их теоретическое обоснование на основе классических положений теоретической механики, термодинамики и аэрогидромеханики позволяющих обеспечивать эффективность и качество проектируемой аппаратуры; - изучение конструктивных мер по защите широкого класса аппаратуры, включая микроэлектронные устройства с применением микропроцессоров, от тепловых и механических воздействий с учетом назначения и условий эксплуатации, взаимного влияния конструктивных и электрических параметров; - изучение инженерных методов расчета систем вибро- и тепло защиты и комплексный анализ тепловых и вибрационных характеристик основанном на электротепловом и электромеханическом моделировании с применением ЭВМ и САПР; - овладение практическими навыками в области проектирования МИС и СС и разработки конструкторской документации, включая проведение тепловых и механических расчетов с использованием нормативно-технической и справочной документации, отраслевых стандартов и др; - овладение практическими навыками в области разработки МИС и СС

Планируемые результаты обучения

Владеет знаниями в области Внутренних и внешних воздействующих факторов. Оценивает уровни воздействий в соответствии со стандартами. Классифицирует механические воздействующие факторы и оценивает их уровни.
Знает и оценивает основные параметры механических воздействующих факторов. Представляет и описывает основные виды механических воздействующих факторов. Классифицирует виды воздействий в соответствии с действующими стандартами.
Классифицирует основные принципы защиты МИС и СС от механический воздействующих факторов. Формулирует основные принципы защиты МИС и СС от всех видов механических воздействий. Представляет и знает физические законы и принципы защиты и их аналитическое описание. Приводит характеристики и проводит анализ принципов защиты от механических воздействий.
Объясняет физические основы и принципы работы виброизоляторов. Знает классификацию виброизоляторов, статические и динамические характеристики. Оценивает и сравнивает технические характеристики виброизоляторов.
Объясняет назначение и структуру сил действующих в системах защиты от вибрационных воздействий. Объясняет принципы образования нелинейных эффектов при функционировании систем виброизоляции. Дает описание и классифицирует виды сил, действующих в системе виброизоляции. Представляет разновидности диссипативных сил в системе виброизоляции.
Описывает и объясняет принципы математического описания поведения систем виброизоляции. Дает характеристики и проводит анализ решения дифференциальных уравнений описывающих поведение систем виброизоляции. Излагает общие сведения об особенностях поведения систем с несколькими степенями свободы.
Владеет знаниями в области электромеханического моделирования. Знает разновидности существующих аналогий. Проводит аргументированное сравнение электромеханических аналогий. Описывает и излагает принципы электромеханического моделирования и построения электромеханических систем.
Владеет понятиями и определениями характеристик движения объектов на виброизоляторах. Формулирует и излагает принципы защиты изделий МИС и СС и требования к параметрам и характеристикам виброизоляторов. Отображает и объясняет принципы снижения уровня воздействующих механических факторов
Объясняет принципы управления резонансными частотами. Проводит анализ и формулирует принципы организации структурных схемы организации систем защиты на основе использования виброизоляторов. Знает и излагает принципы защиты с помощью виброизоляторов.
Объясняет физику процессов при параметрических колебаниях механических систем.
Владеет методикой, знает принципы и методы, которые используются при защите МИС и СС от случайных механических воздействий
Владеет методикой расчета системы виброизоляции при ударных воздействиях. Разбирается в упрощенных и строгих методиках расчета системы виброизоляции от ударных воздействий.
Знает конструкции и характеристики основных типов виброизоляторов используемых при проектировании средств защиты МИС и СС. Умеет осуществить правильный выбор типа виброизолятора для конкретной ситуации и задачи.
Владеет методиками проектирования систем обеспечивающих вибро - и ударозащиту МИС и СС. Способен спроектировать ситему защиты по критериям надежности, теплостойкости и сроку службы.
Знание принципов построения систем для измерения механических воздействующих факторов, ударов и вибраций. Знает принципы и средства измерения воздействующих механических величин. Знает устройство вибро и ударных стендов и физические принципы, положенные в основу измерения механических воздействий.
Знание физики процессов теплообмена в различных материалах и средах. Владение достаточными знаниями из области физики материалов для проведения анализа теплопроводных свойств материалов конструкций и выбору соответствующих материалов для обеспечения заданной теплопроводности.
Знание основных законов теплопроводности. Уравнение для теплового потока, понятие коэффициента теплопроводности, градиента температуры. Знание вывода основного уравнения теплопроводности. Понятие коэффициента температуропроводности.
Основные законы конвективного теплообмена. Знание критериальных уравнений описывающих процесс конвективного теплообмена. Законы Бернулли. Виды и режимы движения жидкостей и газов.
Знание основ теплообмена при изменении агрегатного состояния хладоагента. Требования к хладоагентам. Использование испарения и конденсации при обеспечении теплообмена.
Знание видов и классификаций систем для охлаждения МИС и СС. Эксплуатационные карактеристики, особенности проектирования. Знание классификации теплообменников, оценка их эффективности и принципов построения.
Знание принципов построения теплообменников для принудительного охлаждения. Владение и использование методик по проектированию систем охлаждения. Пути и средства обеспечения заданной эффективности теплообмена.
Знание специальных методов и способов охлаждения МИС и СС. Знание методов и средств охлаждения с использованием термоэлектрического охлаждения, тепловых труб, развитых тепловых мостов, термосильфонов и др. устройств. Знание законов лучистого теплообмена, знание основ проектирования тепловых экранов.
Умение проводить расчеты тепловых характеристик МИС и СС. Владение методами расчета тепловых характеристик направлено на обеспечение нормальных тепловых режимов при комплексном решении проблем обеспечения заданных тепловых режимов МИС и СС.
Знание целей и задач проведения климатических испытаний с целью вырабтки навыков в проведении испытаний в соответствии с нормативными документами и требованиями предъявляемых к МИС и СС. Выработка навыков работы с испытательным оборудованием.и выполнением соответствующих нормативных требований.
Знание параметров радиационных излучений, знание последствий деструктивных процессов, происходящих в МИС и СС. Владение знаниями в области защиты от радиационных (ионизирующих) излучений. Знание основных принципов проектирования радиационно-стойких МИС и СС
Знание процессов происходящих в компонентах и материалах МИС и СС. Деструкция материалов, электронных компонентов, образование проводящей среды. Знание методов и способов защиты от ионизирующих излучений, как электронных компонентов, так и конструкционных материалов.
Знание эффектов вызываемых при воздействии космического излучения. Понятие безопасных полетов в соответствующих зонах, приобретение заряда летательными объектами, приводящими к образованию различного рода электромагнитным воздействиям на МИС и СС.
Знание методов проектирования МИС и СС использующих радиационно-стойкие схемотехнических решение, специальные приемы, снижающие воздействия излучений на изделия.
Знание методов обеспечения радиационной стойкости при проектировании специальных полупроводниковых при боров и интегральных схем, их режимов эксплуатации и специальных дополнительных электронных компонентах, снижающих последствия радиационного воздействия.
Знание руководящих материалов по применяемости электронных компонентов и полупроводниковых материалов при проектировании МИС и СС.
Изучение и знание возможных видов отказов МИС и СС при воздействии ионизирующих излучений.
Изучение и владение методиками по проектированию радиационно-стойкой аппаратуры
Изучение схемотехнических и конструктивных методов борьбы с воздействием электромагнитных импульсов короткой длительности, включая электромагнитный импульс ядерного взрыва.
Знание основных положений теории испытаний м действующих стандартов и нормативных документов в этой области.
Изучение и знание методик составления и согласования программ испытаний. Виды испытаний, классификация испытаний.

Содержание учебной дисциплины

Тема 1. Введение. Общая характеристика внешних и внутренних механических и акустических воздействий,факторов воздействующих на МИС и СС. Общая характеристика механических воздействий. Принципы защиты МИС и СС от механических воздействий.
Классификация воздействующих механических факторов, Условия эксплуатации наземной, морской, и бортовых космических МИС и СС и их влияние на работоспособность аппаратуры. Требования отраслевых, государственных стандартов и нормативно-технической документации к механическим воздействиям. Источники и виды внешних и внутренних механических воздействий и их качественная и количественная характеристика. Влияние механических воздействий на параметры МИС и СС. Динамические свойства конструкций МИС и СС и их основные динамические характеристики. Расчет динамических характеристик конструкций МИС и СС. Типовые методы приближенного анализа воздействия на МИС и СС конструкцию вибрационных, ударных, линейных ускорений и акустического давления. Прочностные расчеты элементов конструкций.
Тема 2. . Защита конструкций МИС и СС от механических воздействий с помощью виброизоляторов. Основные виды сил в системах виброизоляции. Математическое описание колебательных систем с конечным числом степеней свободы.
Расчет собственных частот основных элементов конструкций МИС и СС, Конструктивные способы увеличения жесткости элементов аппаратуры. Основные виды диссипативных сил и их реализация в системах виброизоляции. Кинематические характеристики периодических и непериодических колебательных процессов. Энергетические соотношения в системе виброизоляции. Принцип Гамильтона и уравнение Лагранжа для механических систем. Уравнения динамики абсолютно твердого тела в системе виброизоляции. Анализ уравнения Лагранжа при движении объекта на виброизоляторах.
Тема 3. Электромеханические аналогии в механике. Движение объекта на виброизоляторах. Понятие о парциальных частотах системы виброизоляции.
Электрические и электромеханические системы. Аналогии: сила – напряжение, сила – ток. Уравнения Лагранжа-Максвелла. Электромеханические системы. Вынужденные колебания блока МИС и СС на виброизоляторах. Амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики систем виброизоляции. Собственные частоты и собственные формы колебаний. Коэффициент динамичности, коэффициент демпфирования, эффективность виброизоляции. Особенности определения собственных частот при 6 степенях свободы. Приближенный метод Релея-Донкерли определения парциальных частот. Понятие о плоскости симметрии в системе виброизоляции. Классификация систем по наличию плоскостей симметрии в них Определение собственных частот для различных систем виброизоляции.
Тема 4. Понятие о параметрических колебаниях. Защита МИС и СС от случайных механических воздействий. Расчет системы виброизоляции при ударном воздействии.
Параметрические резонансы. Системы с одной степенью свободы. Области неустойчивости уравнения Матье-Хилла. Свойства параметрически возбуждаемых систем. Колебания линейных распределенных систем. Общие сведения о линейных механических системах и математических методах их анализа. Параметрические резонансы. Системы с одной степенью свободы. Области неустойчивости уравнения Матье-Хилла. Свойства параметрически возбуждаемых систем. Колебания линейных распределенных систем. Общие сведения о линейных механических системах и математических методах их анализа. Наиболее распространенные методы анализа случайных вибраций. Анализ влияния случайных вибраций на конструкции МИС и СС. Случайные колебания систем с конечным числом степеней свободы. Задачи теории случайных колебаний. Параметрические колебания при случайных воздействиях. Упрощенная методика расчета и методика с использованием эквивалентных прямоугольных импульсов. Основные аналитические зависимости (энергетические соотношения в системе виброизоляции).
Тема 5. Виброизоляторы, их основные типы, параметры и особенности конструкций. Рекомендации по конструированию систем виброизоляции. Общие сведения об измерении механических величин.
Методика расчета систем виброизоляции при вибрационных воздействиях. Статический и динамический расчеты систем виброизоляции, коэффициента динамичности и ускорения объекта. Понятие о гасителях колебаний и об активной виброизоляции. Требования к размещению элементов внутри защищаемого объекта. Проектирование упаковки. Виброизоляция изделий в транспортировочной таре. Типы, виды и классификация измерительных преобразователей силы, давления, ускорения и скорости.
Тема 6. Роль процессов теплообмена, протекающих в конструкциях МИС и СС. Теплопроводность. Конвективный теплообмен. Теплообмен при изменении агрегатного состояния.
Тепловой режим МИС и СС и определяющие его факторы. Основные понятия и законы переноса энергии и вещества. Теплофизические свойства веществ. Процессы теплообмена. Закон Фурье. Дифференциальное уравнение теплопроводности и краевые условия. Уравнения Пуассона и Лапласа. Элементы теории тепловых цепей. Электротепловая аналогия. Стационарный тепловой поток без источников тепла. Распределение тепла при стационарном режиме в плоской, цилиндрической и шаровой стенке с источниками и без источников тепла, в стержнях и пластинах. Виды и режимы движения среды. Основы теории подобия, критерии подобия и критериальные уравнения. Свободная конвекция в неограниченном пространстве. Вынужденная конвекция при внешнем обтекании тел. Уравнение неразрывности Бернулли. Потери давления. Гидравлические характеристики МИС и СС и нагнетателя. Методика расчета и выбор нагнетателя. Теплообмен при кипении, конденсации и использовании плавящихся веществ. Теплообмен излучением. Основные законы излучения. Лучистый теплообмен между телами. Влияние экранов на теплообмен излучением. Сложный теплообмен. Уравнение сложного теплообмена. Общие закономерности теплообмена. Принцип суперпозиции температурных полей. Принцип местного влияния.
Тема 7. Системы охлаждения МИС и СС. Методика расчета и рекомендации по конструированию МИС и СС с вынужденной конвекцией. Специальные методы охлаждения МИС и СС.Методы расчета тепловых характеристик и их применение.
Классификация, принцип работы и конструкции систем охлаждения. Теплообменные устройства, Основные положения теплового расчета теплообменников. Конструкции и расчет теплоотводов для охлаждения полупроводниковых узлов МИС и СС. Воздушные системы охлаждения. Естественное охлаждение в перфорированном и герметичном корпусах. Принудительная циркуляция в герметичном корпусе. Жидкостные системы охлаждения. Системы жидкостного охлаждения со свободной и вынужденной конвекцией. Испарительные системы охлаждения. Применение тепловых труб. Методика расчета и рекомендации по конструированию. Холодильные машины. Устройства термостатирования. Принцип действия и конструкции. Понятие теплообмена в условиях невесомости, разреженных газов. Особенности проектирования систем теплозащиты космических и бортовых МИС и СС. Измерение и расчет температур и контактных термических сопротивлений. Измерение скорости и расходов жидкости и газа.
Тема 8. Климатические испытания и испытательное оборудование. Виды эффектов, вызываемых различными видами излучений.
Типы и виды испытательного оборудования. Основные понятия о радиационных факторах. Краткая характеристика видов радиационного излучения. Понятие об электромагнитной обстановке электромагнитного импульса ядерного взрыва. Стандарты и нормативно-технические требования к радиационной стойкости аппаратуры. Ионизирующие излучения ядерных установок. Воздействие излучений ядерных установок на аппаратуру и ЭРИ.
Тема 9. Ионизирующие излучения космического пространства. Особенности воздействия ионизирующего излучения на электрорадиоизделия. Воздействие ионизирующего излучения на полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы
Основные сведения о природе происхождения и характеристиках ионизирующих излучений космического пространства. Радиационные пояса Земли, их структура и радиационная характеристика. Воздействие радиационных поясов на бортовую космическую МИС и СС. Работа солнечных батарей в условиях радиационных поясов Земли. Основные виды радиационных эффектов. Влияние радиационных эффектов на работоспособность основных функциональных узлов МИС и СС.
Тема 10. Анализ применяемости радиационно-стойких активных элементов МИС и СС. . Возможные виды отказов в МИС и СС при воздействии ионизирующего излучения. Методика проектирования радиационно-стойкой аппаратуры.
Сравнительный анализ радиационной стойкости полупроводниковых приборов и ИМС различных типов. Понятие о характерных отказах в подсистемах. Основные сведения о методах оптимизации при проектировании радиационно-стойких схем. Особенности обеспечения радиационной стойкости систем связи.
Тема 11. Электромагнитный импульс и методы защиты. ЭМИ-обстановка. Влияние ЭМИ на элементы. Методы защиты от ЭМИ. Основы теории испытаний. Составление и согласование программ испытаний.
Испытания как средство повышения качества изделий. Адекватность условий испытаний реальным условиям эксплуатации. Ускоренные испытания. Общий подход к планированию испытаний. Общие положения методики испытаний. Статистическая обработка данных измерений

Элементы контроля

контрольная работа
домашняя работа
семинар
самостоятельная работа
экзамен
Экзамен состоялся, проводился в устной форме (опрос по материалам курса). В ходе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: УК-1, УК-2, УК-3, УК-5, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-6, ПК-7, ПК-10, ПК-11, ПК-19.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (3 модуль)
0.06 * домашняя работа + 0.1 * контрольная работа + 0.08 * самостоятельная работа + 0.16 * семинар + 0.6 * экзамен

Программа дисциплины