Внутрисхемные соединения

Для обеспечения повышенного гидравлического давления в сборной трубе 3 ( 65) высверливают отверстия диаметром 6— 8 мм с определенным шагом (около 100 мм). Для «беспровально-сти» отверстия в трубах перекрывают штампованной пластиной 8, имеющей вид желоба со щелями 0,4±0,1 мм. Желоб крепится к трубе контактной сваркой. Коллекторы и щелевые трубы к днищу фильтра крепят кронштейнами 4 и накладками 2. В корпусе фильтра имеется два люка, предназначенные для монтажа и ревизии внутрикорпусных устройств.

Уровень существующих в исследовательской и инженерной практике методов и средств определения прочности и ресурса атомных реакторов объясняется в первую очередь большим значением конструкций первого контура внутрикорпусных устройств, систем трубопроводов и теплообменников с радиоактивным теплоносителем и в особенности повышенной радиационной активностью тепловыделяющей зоны. Повышенные номинальные напряжения, сложность конструктивных форм, наличие зон умеренной и высокой конструктивной и технологической концентраций напряжений, большие температурные напряжения при программных и аварий-

го происхождения наблюдались в местах вварки патрубков [20]. Авария американского реактора SL-1 в эксплуатации произошла в связи с быстрым наращиванием мощности при пуске реактора, вызвавшим существенное повышение давления в корпусе [21], Это привело к срезу отводящих и подводящих патрубков, пластической деформации корпуса, характеризуемой увеличением диаметра на 30—100 мм. Циклическое нагружение элементов реакторов механическими, тепловыми и гидродинамическими усилиями может вызвать образование трещин в антикоррозионных наплавках [21], узлах крепления внутрикорпусных устройств (ВКУ) [9]. Стоимость программ восстановительных работ после таких крупных аварий, как авария на АЭС "Три-майл-Айленд" (США, 1979 г.), оценивается примерно в 1 млрд долларов, а время выполнения таких работ достигает не менее 5 лет [19]. Обобщение данных о повреждениях несущих элементов атомных энергетических установок показывает [22], что около 40% обнаруженных трещин связано с циклическими повреждениями, около 30% -с коррозионно-механическими, около 17% — с начальной технологической дефектностью. Это свидетельствует о большом числе причин и источников возникновения повреждений, связанных со значительной сложностью как самих конструкций реакторов и технологических процессов при их изготовлении, так и условий эксплуатации.

были поставлены и осуществлены систематические исследования номинальных и местных напряжений на моделях из оптически активных (фотоупругость) и низкомодульных полимерных материалов [2, 5, 7-10]. Это моделирование выполнялось как для отдельных элементов и зон реакторов (зона патрубков, фланцевая часть, крышка, трубы системы аварийной защиты, элементы внутрикорпусных устройств, разъемных соединений), так и для корпусов реакторов в целом (в масштабе до 1:10). Картины полос интерференции в различных сечениях моделей корпусов реакторов позволяют получить распределение напряжений при действии усилий затяга и внутреннего давления в местах изменения толщин стенок, у отверстий в крышке и в зонах опирания корпуса. Тензометри-ческая модель ( .2.3) -из полимерного материала при большом числе (до 800) установленных на ней тензорезисторов позволяет определить

Натурные и модельные тензометрические исследования трубопроводов, внутрикорпусных устройств ВВЭР [10, 13, 16] показали наличие высокочастотных вибрационных напряжений преимущественно с небольшими амплитудами, действующих на фоне низкочастотных напряжений с большими амплитудами от основных нагрузок. Эти вибрационные (в том числе резонансные) напряжения обусловлены гидро- и аэродинамическими усилиями от потоков теплоносителя, механическими колебаниями и сейсмическими усилиями, характеризующимися большими коэффициентами асимметрии цикла и суммарным числом циклов (108-1012). Применительно к такому характеру двухчастогного длительного нагружения в последние годы осуществлен ряд исследований, позволяющий дать оценку снижения малоциклового ресурса конструкций за счет наложения вибрационных напряжений [16,21].

При пусконаладке и освоении мощности важным этапом работ становится многоточечная тензометрия и термометрия (до 500 тензорезисторов и 250 термопар), измерения параметров акустической эмиссии, вибраций трубопроводов, насосов, внутрикорпусных устройств пульсаций давления.

Определение действительного напряженного состояния ВВЭР в условиях холодной и горячей обкатки, а также при эксплуатации в настоящее время выполняется экспериментально, главным образом методами электрического тензометрирования. Эти методы исследования разработаны с большой полнотой и допускают осуществление измерений в весьма сложных условиях эксперимента. Тензометрирование наружных поверхностей конструкций представляет собой сравнительно простую задачу. Измерение же деформаций и температур на внутренних поверхностях (корпусов реакторов и парогенераторов, внутрикорпусных устройств и др.) сопряжено с весьма большими трудностями. Такие измерения предъявляют высокие требования к тензорезисторам, которые должны работать в агрессивной среде, движущейся с большой скоростью, при температурах, изме-

В реальных условиях эксплуатации АЭС к силовым воздействиям (3,35) всегда добавляются вибрационные нагрузки (пульсации скорости и давления) вследствие турбулизации потока теплоносителя из-за изменения его движения вдоль контура и проточной части самого контура, обтекания внутрикорпусных устройств и мест установки регулирующей арматуры, работы ГЦН. Эти воздействия могут носить как периодический, так и случайный характер. Для их описания необходимо располагать большим объемом данных натурных исследований режимов течения теплоносителя в условиях эксплуатации АЭС и использовать подходы и методы, развиваемые в теории турбулентности [22] . Некоторые подходы к оценке уровней пульсации давлений теплоносителя в трубопроводных системах АЭС рассмотрены в [23] , где показано, что эти уровни в номинальных режимах эксплуатации могут достигать 30% от рабочего давления в контуре,

Для изучения последствий аварии необходимо рассмотрение всех стадий ее протекания во времени (начальной, вслед за раскрытием трещины, срабатывания системы аварийного охлаждения зоны, движения свободных концов трубопровода, так назьюаемого эффекта "хлыста" с возможными разрушениями окружающего оборудования, нагружение и разрушение защитной оболочки АЭС), Общий подход к оценке прочности корпуса реактора, его внутрикорпусных устройств и опорных конструкций, а также другого оборудования АЭС остается тем же самым. Вначале выполняются исследования соответствующих теплогидравлических процессов, сопровождающих все стадии аварии, определяется "история" силового (давление) и температурного нагружений оборудования первого контура АЭС, Затем, на основании общей расчетной""схемы с раскрытым контуром определяются усилия, действующие на оборудование (с учетом взаимодействия друг с другом) и их опорные конструкции, а также напряженные состояния в элементах оборудования и опорных конструкциях.

Для снижения нейтронного и у-излучений до предельно допустимых уровней необходимо создать биологическую защиту от переоблучения персонала, защиту напряженных элементов конструкции от радиационных повреждений и перегревов (тепловая защита); прежде всего это относится к корпусу под давлением, а также к массивным деталям внутрикорпусных устройств каналов и топливных кассет. Заряженные частицы (а, Р и др.) вследствие малого пробега до поглощения обычно не играют роли при расчете защиты реактора.

/ — опора внутрикорпусных устройств; 2 — парогенератор; 3 — радиационная защита парогенератора; 4 — каналы для прохода стержней СУЗ и перегрузки топлива; 5 — активная зона; 6 — газодувка; 7 — опорная конструкция кладки

Основные технологические этапы изготовления гибридных микросхем. Гибридные интегральные микросхемы (ГИС) представляют сочетания пленочных пассивных элементов и навесных активных и пассивных компонентов. Резисторы, конденсаторы, контактные площадки и внутрисхемные соединения в ГИС изготовляют либо последовательным напылением на подложку различных материалов в вакууме (тонкопленочная технология), либо нанесением со-" ответствующих материалов

Основными элементами физической структуры являются полупроводниковые приборы (см.книгу 1), используемые в качестве активных и пассивных компонентов ИМС, средства изоляции компонентов, внутрисхемные соединения и подложки, служащие механическим основанием ИМС.

В качестве элементов конструкции здесь понимают весь набор элементов, определяющих и обусловливающих выполнение ИМС требуемой функции в определенных условиях эксплуатации. К ним относятся: транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, внутрисхемные соединения, элементы корпуса, внешние выводы и др., для которых известны количественные показатели надежности.

Статистический метод. В основу методики расчета надежности полупроводниковых ИМС на основе статистического метода положены те же допущения, что и при расчете гибридных ИМС. При этом учитывается, что резисторы и конденсаторы формируются на базе транзисторной структуры, т. е. с помощью прямых и обратно смещенных р-л-переходов. Поэтому интенсивность их отказов принимается такой же, что и у диодов. В качестве компонентов ненадежности полупроводниковых ИМС при данном расчете используют элементы структуры и конструкции ИМС ( 3.5): транзисторные / и диодные 2 р-л-переходы, внутрисхемные соединения 3 и выводы корпуса 4.

Внутрисхемные соединения в МДП-ИМС могут выполняться с помощью металлизации или путем формирования диффузионных областей. Применение диффузионных межсоединений позволяет относительно просто реализовать пересечения проводников в МДП-ИМС и наиболее полно использовать площадь кристалла. При этом следует учитывать влияние паразитных сопротивлений диффузионных межсоединений. При соединении диффузионных областей последовательно с затворами транзисторов наличие паразитных сопротивлений Кд приводит только к задержке управляющих сигналов, поступающих на транзисторы. Поскольку входные сопротивления транзисторов велики (RB*^>RA), амплитуда сигналов не искажается. Если паразитное сопротивление находится в цепи истока или стока, т. е. диффузионное межсоединение включено последовательно с истоком (стоком), то его влияние оказывается более существенным. В частности, последовательное сопротивление Кд в цепи вызывает уменьшение эффективной крутизны транзистора, что приводит к ухудшению как статических, так и динамических характеристик схемы.

На преобразованных схемах размещение периферийных контактных площадок отвечает двустороннему расположению выводов корпуса ИМС. Пассивные элементы и внутрисхемные соединения, выполняемые групповыми методами, на 4.9, б, в

чала размещают элементы таким образом, чтобы облегчить последующую трассировку, а затем выполняют внутрисхемные соединения.

Уменьшение топологических размеров элементов приводит к улучшению электрических параметров микросхем, в частности к повышению быстродействия из-за снижения паразитных емкостей р - п переходов, увеличению крутизны полевых транзисторов и др. Однако и здесь ограничивающим фактором являются внутрисхемные соединения, задержка сигнала в которых не позволяет полностью использовать достигаемое высокое быстродействие элементов.

Затем восстанавливают слой диоксида кремния на всей поверхности и создают из него маску, используемую при диффузии (или ионном легировании) фосфора в эмиттерную и контактную области л+-типа. На этом этапе применяют метод самосовмещения: в плоскости кристалла три границы эмиттерной области (за исключением четвертой, обращенной к базовому контакту) и все границы коллекторной контактной области определяются изолирующим диоксидом, используемым вторично в качестве маски. Вновь восстанавливают пленку диоксида кремния на всей поверхности пластины, вытравливают в ней контактные отверстия, напыляют слой алюминия, проводят его селективное травление и создают эмиттерный, базовый и коллекторный электроды и внутрисхемные соединения ( 3.5, д, е).

Пассивные элементы и компоненты ИС резисторы, конденсаторы, индуктивности и внутрисхемные соединения. Резисторы в тонкопленочных ИС представляют собой или полоску, или пленку определенной конфигурации, нанесенную между двумя контактами на диэлектрическом основании (подложке). Требуемое сопротивление резистора достигается за счет выбора как геометрических размеров пленки (ширины, длины, толщины), так и материала пленки. Пленку резисторов получают осаждением паров нихрома, тантала, нитрида тантала или смеси металлов с диэлектриком, которые носят название керметов. Применение керметов обеспечивает высокое удельное сопротивление. Их получают из хрома и моноокиси кремния одновременным осаждением паров этих веществ на подложку.

За одну операцию осаждения тантала можно получить основные резистивные, емкостные элементы и внутрисхемные соединения. Образование окисла тантала ТагОд является средством подгонки и стабилизации резисторов. Кроме того, Та2О5 служит в качестве хорошего диэлектрика для конденсаторов.