耐輻射產(chǎn)品系列如何應(yīng)對(duì)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(jì)可行，同時(shí)還具有抗輻射性和可靠性，增強(qiáng)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(dá) 22,236 英里的地球同步軌道上執(zhí)行，并且預(yù)計(jì)持續(xù)時(shí)間超過(guò) 10 年，與之不同的是，LEO 衛(wèi)星的軌道距離地球更近，不超過(guò) 1,300 英里。由于這些衛(wèi)星相對(duì)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(jìng)爭(zhēng)力的情況下，LEO 衛(wèi)星電子設(shè)計(jì)所面臨的主要挑戰(zhàn)是：

●   使用更小、集成度更高的元件來(lái)減小電路板尺寸。

●   為短周期設(shè)計(jì)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(duì)于剛進(jìn)入航天領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員而言，航天領(lǐng)域具有陸地產(chǎn)品無(wú)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于溫度波動(dòng)劇烈，因此會(huì)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(wú)需再使用高風(fēng)險(xiǎn)和資源密集型升級(jí)篩選方法（之前偶爾使用）。升級(jí)篩選是在數(shù)據(jù)表規(guī)格之外的條件下對(duì)器件進(jìn)行電氣或環(huán)境測(cè)試的做法。雖然升級(jí)篩選有助于對(duì)航天器件性能進(jìn)行分類，但仍有許多風(fēng)險(xiǎn)，如果在不完全了解器件的“配方”及其測(cè)試向量的情況下進(jìn)行升級(jí)篩選，則可能會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)故障和衛(wèi)星將在任務(wù)執(zhí)行期間正常運(yùn)行的錯(cuò)誤安全感。

抗輻射塑料器件如何降低風(fēng)險(xiǎn)

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

●   受控基線流程。對(duì)于每款航天 EP 器件，TI 都在一個(gè)制造工廠、組裝場(chǎng)所和測(cè)試場(chǎng)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(yàn)收測(cè)試。航天 EP 器件經(jīng)過(guò)測(cè)試，至少確保每個(gè)晶圓批次的電離輻射總劑量 (TID) 為 20krad (Si)（對(duì)于能夠滿足更高 TID 額定量的器件，測(cè)試額定值更高），從而消除了任何批次間的輻射差異風(fēng)險(xiǎn)。這些器件在認(rèn)證期間通常具有高達(dá) 30krad (Si) 至      50krad (Si) 的 TID，可實(shí)現(xiàn)額外的輻射性能。（對(duì)于需要更高級(jí)別 TID 性能的項(xiàng)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(wèn)題。

●   無(wú)錫須風(fēng)險(xiǎn)。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(wèn)題。為避免這種風(fēng)險(xiǎn)，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(wú)需為工作溫度范圍進(jìn)行升級(jí)篩選，否則會(huì)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(bǔ)充認(rèn)證流程，如更嚴(yán)格的高加速應(yīng)力測(cè)試、對(duì)每個(gè)器件和增強(qiáng)材料組合的溫度循環(huán)測(cè)試，以便滿足 NASA 牽頭的美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì) E-495 釋氣規(guī)格要求。

加快產(chǎn)品推出時(shí)間表

憑借 TI 航天 EP 器件的質(zhì)量和可靠性，設(shè)計(jì)人員能夠更快地開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證新設(shè)計(jì)。在 TI.com 上的器件產(chǎn)品文件夾中，我們提供了針對(duì) 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(bào)告。使用我們的詳細(xì)報(bào)告可以節(jié)省大量成本，因?yàn)樵?LEO 衛(wèi)星應(yīng)用中使用 COTS 產(chǎn)品時(shí)，會(huì)在輻射測(cè)試、升級(jí)篩選和易生不良品分析方面投入大量費(fèi)用。

我們的報(bào)告包括：

●   針對(duì) TID 的輻射報(bào)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(duì)單粒子效應(yīng)的輻射報(bào)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(bào)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(cè)試的信息。該報(bào)告中的信息有助于加快電路板認(rèn)證并減少對(duì)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(shí)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)，并使您確信器件從一開(kāi)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(shí)間并降低風(fēng)險(xiǎn)。