По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 551.594.221

Влияние ЭМИ- и СШП-импульсов на микроэлектронику

Шульга Р. Н. канд. техн. наук, ВЭИ — филиал ФГУП «РФЯЦ — ВНИИТФ им. акад. Е. И. Забабахина», г. Москва

Выполнен анализ влияния ЭМИ- и СШП-импульсов на сбои и отказы микроэлектроники. Оценивается повреждаемость диодов, транзисторов, микросхем, микропроцессоров, персональных компьютеров и компьютерных сетей. Рассмотрены типовые причины повреждаемости микроэлектроники при испытаниях на ЭМС и ЭМИ.

Литература:

1. Шульга Р. Н. Электрооборудование энергоустановок и воздействия перенапряжений. —М.: ИнфраИнженерия, 2024. — 240 с.

2. Report of the Commission to Assess the Threat to the United States from Electromagnetic Pulse (EMP) Attack. Critical National Infrastructures, 2008.

3. Yee J. H., Orvis W. J., Martin L. C. Theoretical Modeling of EMP Effects in Semiconductor Junction Devices. Report AFWL-TR‑82–91. Air Force Weapon Laboratory, Kirtland Air Force Base, 1983.

4. Camp M., Garbe H. Susceptibility of Personal Computer Systems to Fast Transient Electromagnetic Pulses // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. — 2006. — Vol. 48. — No. 4.

5. Wunsch D. C., Bell B. R. Determination Failure Levels of Semiconductor Diodes and Transistors Due to Pulse Voltages // IEEE Transactions on Nuclear Science. — 1968. — Vol. 15. — Iss. 6.

6. Nitsh D., Camp M., Sabath F., Haseborg J. L., Garbe H. Susceptibility of Some Electronic Equipment to HPEM Threats // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. — 2004. — Vol. 46. — No. 3.

7. Van Keuren E. Effects of EMP Induced Transients on Integrated Circuits. — IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility. San Antonio, TX, USA, 7–9 Oct. 1975.

8. Jenkins C. R., Durgin D. L. An Evaluation of IC EMP Failure Statistic // IEEE Transactions on Nuclear Science. — 1977. — Vol. 24. — No. 6.

9. Moore G. E. Cramming More Components onto Integrated Circuits. Electronics. April 19, 1965.

10. Гуревич В. Восприимчивость электронных компонентов и оборудования к ЭМИ ЯВ: факты и следствия СЭ 6/2018.

11. Шульга Р. Н., Смирнова Т. С. Защита от перенапряжений РЗА и РЭА. — Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. — 2025. — №4. — С. 30–43.

12. Шульга Р. Н., Смирнова Т. С. Защита от перенапряжений распределительных подстанций среднего напряжения. — Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. — 2025. — №8. — С. 17–30.

13. Шульга Р. Н., Смирнова Т. С. Газовые и вакуумные разрядники для коммутации и защиты от импульсных перенапряжений. — В редакции журнала «Электрооборудование: эксплуатация и ремонт».

14. Шульга Р. Н., Смирнова Т. С. Ключи на основе динисторов малой и большой мощности. — Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. — 2025. — №7. — С. 10–19.

15. Шульга Р. Н., Смирнова Т. С. Математическое моделирование грозозащиты распределительных сетей среднего напряжения. — Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. — 2025. — №8. — С. 17–30.

16. Шульга Р. Н. Воздействие мощного электромагнитного импульса на энергообъект. — Энергоэксперт. — 2023. — №3. — С. 14–19.

17. Шульга Р. Н., Смирнова Т. С. Прямой и комбинированный способы защиты от перенапряжений электрооборудования. — В редакции журнала «Электрооборудование: эксплуатация и ремонт».

18. Шульга Р. Н. Разряд молнии: характеристики, модели и стандарты. — В редакции журнала «Электрооборудование: эксплуатация и ремонт».

Выполненные ранее многочисленные исследования подтвердили высокую уязвимость микроэлектроники к высокочастотным импульсным воздействиям, которая возрастает по мере миниатюризации элементов. Эта уязвимость проявляется в виде сбоев или отказов элементов и устройств. Характер этих явлений недостаточно отражен в литературе в основном из‑за быстрой смены поколений микроэлектроники с целью их миниатюризации. Целью статьи является анализ и классификация указанных явлений применительно к различным типам элементов микроэлектроники по отношению к воздействиям ЭМИ- и СШП-импульсов.

Микроэлектроника в составе РЗА и РЭА особенно уязвима к влиянию сверхширокополосного импульса (СШП) и электромагнитного импульса (ЭМИ) ядерного взрыва (ЯВ). Наибольшая энергия воздействий оценивается в диапазоне СШП свыше 1ГГц, составляющая Е1 ЭМИ ЯВ ниже 1 ГГц, составляющая Е2 ЭМИ ЯВ порядка 1 МГц [1]. В отчете комиссии Конгресса США оценивается воздействие ЭМИ ЯВ на критические части инфраструктуры страны «Влияние уязвимости системы СКАДА (Supervisory Control And Data Acquisition) на критическую инфраструктуру» [2].

Приведенные данные отчета показали, что при длине соединительных кабелей до 60м величина наводимых в них токов может доходить до 700 А, которые на входах персональных компьютеров (ПК) и компьютерных сетей (КС) гарантированно выводят их из строя. Была показана неэффективность многократного дублирования и резервирования оборудования.

В отчете комиссии отмечается, что при воздействии ЭМИ может быть выведена из строя значительная часть микроэлектроники гражданских систем связи и телекоммуникаций, причем системы мобильной связи будут выведены из строя в значительно большей степени, нежели обычные линии связи. Даже слабый уровень ЭМИ приведет к отказу систем мобильной связи на несколько дней, а проводных линий связи — на несколько часов.

Для дискретных электронных компонентов, таких как диоды, транзисторы, конденсаторы, резисторы, нарушения работоспособности в результате ЭМИ обычно необратимы и связаны с разрушением их внутренней структуры под действием высокого импульсного перенапряжения или импульса сверхтока.

Для Цитирования:
Шульга Р. Н., Влияние ЭМИ- и СШП-импульсов на микроэлектронику. Оперативное управление в электроэнергетике: подготовка персонала и поддержание его квалификации. 2025;5.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: