耐輻射產(chǎn)品系列如何應(yīng)對近地軌道應(yīng)用中的挑戰(zhàn)

新興的新太空領(lǐng)域更令人興奮的一件事是發(fā)射大量近地軌道 (LEO) 衛(wèi)星，這些衛(wèi)星體積較小且經(jīng)濟可行，同時還具有抗輻射性和可靠性，增強了世界范圍內(nèi)的通信和連接。在以前的衛(wèi)星領(lǐng)域，大多數(shù)任務(wù)都在距地球高達 22,236 英里的地球同步軌道上執(zhí)行，并且預(yù)計持續(xù)時間超過 10 年，與之不同的是，LEO 衛(wèi)星的軌道距離地球更近，不超過 1,300 英里。由于這些衛(wèi)星相對容易更換，因此其工作壽命通常不到七年。

在符合嚴(yán)格預(yù)算并保持競爭力的情況下，LEO 衛(wèi)星電子設(shè)計所面臨的主要挑戰(zhàn)是：

●   使用更小、集成度更高的元件來減小電路板尺寸。

●   為短周期設(shè)計找到交貨周期短的器件。

●   使用能承受太空惡劣條件的電子元件。

對于剛進入航天領(lǐng)域的設(shè)計人員而言，航天領(lǐng)域具有陸地產(chǎn)品無法解決的特定挑戰(zhàn)，其中包括：

●   輻射性能。

●   商用現(xiàn)成 (COTS) 器件中典型的控制工藝和材料變化。

●   衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)時，由于溫度波動劇烈，因此會產(chǎn)生熱循環(huán)。

●   未密封塑料封裝的釋氣。

TI 的航天 EP 認(rèn)證流程攻克了上述挑戰(zhàn)，因此無需再使用高風(fēng)險和資源密集型升級篩選方法（之前偶爾使用）。升級篩選是在數(shù)據(jù)表規(guī)格之外的條件下對器件進行電氣或環(huán)境測試的做法。雖然升級篩選有助于對航天器件性能進行分類，但仍有許多風(fēng)險，如果在不完全了解器件的“配方”及其測試向量的情況下進行升級篩選，則可能會導(dǎo)致現(xiàn)場故障和衛(wèi)星將在任務(wù)執(zhí)行期間正常運行的錯誤安全感。

抗輻射塑料器件如何降低風(fēng)險

利用 TI 的經(jīng)認(rèn)證航天產(chǎn)品，設(shè)計人員和器件工程師能夠設(shè)計和驗證其電路板，而無需考慮衛(wèi)星在 LEO 航天環(huán)境中的具體注意事項。航天 EP 產(chǎn)品無需考慮的部分注意事項包括：

●   受控基線流程。對于每款航天 EP 器件，TI 都在一個制造工廠、組裝場所和測試場所制造完成，以便減少各工廠在材料組合、輻射耐受性和電氣規(guī)格方面的差異。

●   輻射批次驗收測試。航天 EP 器件經(jīng)過測試，至少確保每個晶圓批次的電離輻射總劑量 (TID) 為 20krad (Si)（對于能夠滿足更高 TID 額定量的器件，測試額定值更高），從而消除了任何批次間的輻射差異風(fēng)險。這些器件在認(rèn)證期間通常具有高達 30krad (Si) 至      50krad (Si) 的 TID，可實現(xiàn)額外的輻射性能。（對于需要更高級別 TID 性能的項目，TI 以前的 QMLV 航天產(chǎn)品的額定值通常為 100krad(Si) 或更高。）

●   金線。航天 EP 器件僅使用金鍵合線，從而消除了銅在更嚴(yán)格的容差要求下可能發(fā)生的鍵合完整性和可靠性問題。

●   無錫須風(fēng)險。由于太空中的惡劣條件，即使使用保形涂層，也要考慮錫須問題。為避免這種風(fēng)險，航天 EP 產(chǎn)品不使用錫含量高的端子。相反，涂層采用的是鎳-鈀-金或 63% 錫/37% 鉛。

●   工作溫度范圍。航天環(huán)境通常要求 -55°C 至 125°C 的溫度容差。將航天 EP 器件限定在該溫度范圍內(nèi)之后，就無需為工作溫度范圍進行升級篩選，否則會使 TI 的保修失效并可能損壞飛行中使用的器件。

●   惡劣環(huán)境資質(zhì)認(rèn)證。航天 EP 產(chǎn)品接受特定于航天環(huán)境的補充認(rèn)證流程，如更嚴(yán)格的高加速應(yīng)力測試、對每個器件和增強材料組合的溫度循環(huán)測試，以便滿足 NASA 牽頭的美國材料與試驗協(xié)會 E-495 釋氣規(guī)格要求。

加快產(chǎn)品推出時間表

憑借 TI 航天 EP 器件的質(zhì)量和可靠性，設(shè)計人員能夠更快地開發(fā)和驗證新設(shè)計。在 TI.com 上的器件產(chǎn)品文件夾中，我們提供了針對 LEO 要求優(yōu)化器件的所有輻射數(shù)據(jù)以及釋氣數(shù)據(jù)和可靠性報告。使用我們的詳細報告可以節(jié)省大量成本，因為在 LEO 衛(wèi)星應(yīng)用中使用 COTS 產(chǎn)品時，會在輻射測試、升級篩選和易生不良品分析方面投入大量費用。

我們的報告包括：

●   針對 TID 的輻射報告，包括 30krad (Si) 至      50krad (Si) 的特性數(shù)據(jù)和 20krad (Si) 至      50krad (Si) 的耐輻射加固保障數(shù)據(jù)

●   針對單粒子效應(yīng)的輻射報告，43MeVcm2/mg 的單粒子鎖定數(shù)據(jù)以及電源管理產(chǎn)品額外的破壞性單粒子和單粒子瞬變特性。

●   釋氣和可靠性報告，提供有關(guān)產(chǎn)品流程、可靠性數(shù)據(jù)、可追溯性和釋氣測試的信息。該報告中的信息有助于加快電路板認(rèn)證并減少對外部認(rèn)證工作的需求，從而更大限度地降低選擇新產(chǎn)品時所面臨的風(fēng)險，并使您確信器件從一開始就可以正常工作。

表1列出了完整的航天EP器件產(chǎn)品組合。

表1 已發(fā)布的航天EP器件

太空的惡劣環(huán)境要求提高可靠性水平，以確保系統(tǒng)的安全。使用我們的航天 EP 器件產(chǎn)品組合，在下次發(fā)射任務(wù)中節(jié)省時間并降低風(fēng)險。