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 認證流程攻克了上述挑戰(zhàn)，因此無需再使用高風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險

利用 TI 的經(jīng)認證航天產(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險。這些器件在認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)認證。航天 EP 產(chǎn)品接受特定于航天環(huán)境的補充認證流程，如更嚴格的高加速應(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證并減少對外部認證工作的需求，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)省時間并降低風險。