Ученые ЛЭТИ предложили уникальный способ обеспечения электромагнитной совместимости электронных устройств

Ученые ЛЭТИ предложили уникальный способ обеспечения электромагнитной совместимости электронных устройств

Идея ученых основана на применении диэлектрической полимерной матрицы из желатина.

29.05.2020 971

Задача защиты электронных устройств от воздействия электромагнитных помех радиочастотного диапазона, то есть обеспечения их электромагнитной совместимости (ЭМС), возникла одновременно с появлением электроники. Сохраняя свою актуальность по причине постоянного развития электронных устройств в направлении снижения их массогабаритных показателей и повышения частот их работы, в последнее десятилетие проблема обеспечения ЭМС стала более острой. Резко увеличилось число бытовых и промышленных источников электромагнитных помех, включая сотовую связь нескольких одновременно действующих стандартов (1G, 2G, 3G, 4G, а теперь и 5G), беспроводных точек доступа в сеть «Интернет» (также различных частотных диапазонов – 2,4 ГГц, 5,0 ГГц и др.). Массовое использование различных электронных средств приводит к созданию непреднамеренных взаимных помех, которые затрудняют и нередко исключают возможность нормальной совместной работы.

Решением проблемы обеспечения электромагнитной совместимости электронных устройств занимаются ученые всего мира. Проблему они пытаются решить на уровне материаловедения (создание радиопоглощающих и экранирующих материалов), схемотехники (разработка помехоустойчивых электронных устройств) и программного обеспечения (применение программных средств повышения устойчивости к помехам). Все эти разработки связаны с применением новых, более сложных и дорогостоящих технологий.

Уникальный, надежный и доступный способ обеспечения электромагнитной совместимости электронных устройств разработали ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ». Они предложили использовать известные радиопоглощающие наполнители в составе нового композита, полученного на основе проводящего полимера полианилина. Результаты исследования опубликованы в журнале Electronics.

Научными разработками занимаются сотрудники Инжинирингового центра микротехнологии и диагностики (ИЦ ЦМИД) и кафедры микро- и наноэлектроники (МНЭ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» под руководством доктора технических наук, профессора Виктора Викторовича Лучинина.

«Исследования в области разработки новых материалов для обеспечения ЭМС, к которым относятся, в том числе, работы в ИЦ ЦМИД, связаны с применением новых, обычно более сложных и дорогостоящих технологий получения таких материалов. Данный подход позволяет в лабораторных условиях достичь очень высоких показателей эффективности экранирования и коэффициента поглощения электромагнитного излучения, но при попытке внедрения в промышленность такие новые технологии чаще всего оказываются либо слишком дорогостоящими, либо непригодными к масштабированию в условиях производства, либо вообще не воспроизводимыми в силу нехватки квалифицированных технологов и некоторых других причин», – рассказывает профессор Лучинин.

«Наша основная идея в ходе проведения работ заключалась в том, чтобы предложить доступный, надежный и в перспективе внедряемый в промышленное производство способ обеспечения ЭМС электронных устройств за счет применения известных радиопоглощающих наполнителей в составе нового композита».

Заведующий кафедрой МНЭ СПбГЭТУ «ЛЭТИ», профессор Виктор Викторович Лучинин

Идея петербургских ученых основана на применении диэлектрической полимерной матрицы из желатина, в которой распределены поглощающие электромагнитное излучение частицы проводящего полимера (полианилина).

Выбранный подход позволил достичь при малой толщине материала высокого коэффициента поглощения электромагнитного излучения в диапазоне частот работы бытовых источников электромагнитных помех. Вместе с тем, предложенный подход обеспечил возможность непосредственного нанесения материала на уже готовые электронные печатные платы, так как температура нанесения составляет 60°С, а сам материал не вызывает короткого замыкания между элементами на печатной плате, поскольку является диэлектриком.

«Благодаря простому низкотемпературному способу нанесения разработанных композитов, отсутствию сквозной электропроводности и низкой диэлектрической проницаемости они могут наноситься непосредственно на электронные печатные платы. Также они могут защищать размещенные на них компоненты от воздействия радиочастотных помех, создаваемых промышленными и бытовыми источниками, включая сигналы станций сотовой связи, цифрового телевидения, беспроводных точек доступа сети «Интернет».

Доцент кафедры МНЭ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Камиль Газинурович Гареев

Результаты проведенных исследований защищены патентом на изобретение РФ, представлены на всероссийских и международных конференциях в 2019 и 2020 годах, опубликованы в трудах конференций, индексируемых в базах данных Web of Science, Scopus и РИНЦ.

«Данные композиты на основе проводящих полимеров были первоначально разработаны и внедрены в качестве компонентов полимерных актюаторных систем в рамках исследований, выполняемых в ИЦ ЦМИД при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант №16-19-00107 по теме «Разработка, создание и исследование функциональных возможностей движителей на основе электроактивных полимерных композитных материалов для биомиметических микроробототехнических систем»), но также нашли свое в области электромагнитной совместимости электронных устройств».

Старший научный сотрудник ИЦ ЦМИД СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Иван Константинович Хмельницкий

Учеными запланировано проведение испытаний по нанесению слоев предлагаемого композита на электронные печатные платы и оценка их стойкости к воздействию электромагнитных помех различной частоты, а также к воздействию климатических факторов (повышенных влажности и температуры), вибрационных нагрузок и др. В дальнейших планах петербургских ученых – патентная защита отработанной технологии и поиск возможностей ее промышленного внедрения на предприятиях-партнерах СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

Коллектив разработчиков в составе К.Г. Гареева, В.С. Багрец, В.А. Голубкова, М.Г. Иваницы, И.К. Хмельницкого, В.В. Лучинина, О.Н. Михайловой и Д.О. Тестова включает в себя трех магистрантов кафедры МНЭ, а также четырех сотрудников кафедры МНЭ и ИЦ ЦМИД в возрасте до 39 лет.

Разработка, выполненная учеными СПбГЭТУ «ЛЭТИ», логично вписывается в национальный проект «Наука» и направлена на реализацию задач в рамках приоритетного направления научно-технологического развития Российской Федерации «Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта».