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商用现货产品在空间领域应用日益广泛,但仍面临抗辐射等诸多障碍

从空间/军事级电子、电气和机电组件在太空领域应用,到商用现货产品(COTS)组件在太空领域应用道路并不顺利。这其中需要克服几项障碍:风险担忧、抵制变化、存储、过时、伪冒和无铅环境。在军方用户在军事领域成功采用商用现货组件时,其也面临上述提到的人为障碍挑战。对有源电子元器件来说,需要克服的抗辐射威胁主要是太空环境。

 

抗辐射加固保障(RHA)计划旨在确保“给定元器件的抗辐射耐受度要高于实际预期的空间辐射水平。”为实现上述目标,需要对元器件进行抗辐射测试。测试活动费用非常高昂,在整个元器件成本中占很大一部分。由于缺乏当前的相关抗辐射数据库,空间领域使用商用现货组件会使元器件寿命面临挑战。抗辐射障碍无法突破。


抗辐射测试同样适用于商用现货组件

众所周知,抗辐射测试方法是一种标准化方法。这种方法也适用于商用现货组件。如上所述,电子元器件的抗辐射测试成本非常高昂,尤其是那些采用重离子或质子加速器的测试。为在可承受成本范围内保持抗辐射测试,在对元器件进行选择时,应对给定的候选元器件通过理论深入分析来解决抗辐射问题。


对哪类(如果有的话)实际抗辐射测试与特定元器件相关的决策某些需要特定信息(有时不公开)。

·元器件技术/工艺CMOS、EPI CMOS、SOI、BICMOS、BIPOLAR等;

·不同技术/工艺对不同辐射威胁的敏感程度;

·代工身份;

·元器件类别;如集成电路、MOSFET等;每个类别需要不同的抗辐射测试;

·磨具修改;

·现有的抗辐射测试结果;

·空间遗产。


尽管抗辐射测试采用标准化方法,但实际进行抗辐射批次验收测试(RLAT)标准可能在航天领域所有不同。修订标准以放宽RLAT需求是值得的。该标准应包括批次均匀性考虑和抗辐射裕量考虑。如上所述,相同的抗辐射测试适用于商用现货元器件。抗辐射正在对磨具而并非封装带来威胁。

 

抗辐射测试的优先事项

抗辐射测试是一项成本高昂且耗时的活动。人们无法对抗辐射测试结果的成功作出保证,尤其是对于没有已知抗辐射数据的元器件而言。最终的测试失败可能会对太空项目进度产生重大负面影响。因此,对抗辐射测试优先事项进行正确选择可能会节省时间和金钱。


抗辐射威胁类型由破坏性部分和非破坏性部分组成。

抗辐射测试性能的首要任务是解决破坏性危害的测试,相关测试包括:

    ·单粒子锁定(SEL);

    ·单粒子栅穿(SEGR);

    ·单粒子烧毁(SEB)。

    辐射测试性能的第二个优先考虑是针对非破坏性危害的测试。相关测试包括:

    ·总电离剂量(TID);

    ·移位;

    ·单粒子翻转(SEU);

·单粒子瞬态脉冲(SET)。

 

容易被人误解的多个术语

“空间合格”是组件的质量等级。这并不意味着这种组件适合用于任何空间应用。这一术语本身不涉及抗辐射问题。质量等级“S”是最高质量等级标志之一,不能将“S”=“空间”。还有其他最高质量水平的指定,如用于QML IC的“V”或用于QML混合的“K”或用于ESA的“B”。


应增加抗耐辐射保障(RHA)标识符以识别空间级、抗辐射指定组件。即使选择了空间级、抗辐射指定组件,用户也有责任验证是否在正确的条件下指定抗辐射。例如,可以满足在高剂量率(HDR)下指定双极组分的抗辐射水平(TID)的规格,而不是在正确的低剂量率(LDR)下,双极性组分正在考虑增强低剂量率灵敏度(ELDRS)。


“抗辐射加固”是指经过专门设计和/或加工的组件,能够承受给定辐射水平(TID和/或SEE)。抗辐射特性是组件规格的组成部分,并由组件制造商予以保证。


“耐辐射”组件由组件制造商进行抗辐射测试,能够承受给定的辐射水平(TID和/或SEE)。 辐射特性是组件规范的组成部分,并由组件制造商予以保证。


COTS组件在空间应用中情况下,用户可以主动通过辐射测试来检测给定的耐辐射组件。它与数十年来处理非抗辐射专用空间/军用级组件的方式并无差别。

 

商用市场难以解决抗辐射问题主要源自客户对可用性和安全性考量

目前,商用市场上难以找到耐辐射塑料封装微电路(PEM)的原因是什么?政府结构首要考虑的是空间/军用级组件的可用性和安全性问题,这是关键。所需组件的可用性和可负担性是继续应对未来国防预算缩减、组件制造商业务决策等所带来挑战的关键因素。


缺乏批量均匀性成为诸多反对COTS组件空间应用的考量之一

许多反COTS论点之一是很多非均匀性问题。由于抽样统计数据无效,缺乏均匀性,均匀性状态导致无效的辐射测试结果。


空间级组件拥有晶圆的可追溯性,确保最佳的均匀性。然而,没有专门采用空间等级组件建造的空间项目。政府太空政策中也使用军用级组件。众所周知,军用级组件没有晶圆的可追溯性。他们只有日期代码可追溯性,如COTS。由于相同的可追溯性问题,空间领域团体和领导者对传统上可接受的军事级别零件缺乏晶圆可追溯性视而不见,但却因为相同的可追溯性问题在空间领域对COTS进行惩罚。


鉴于改进的过程控制(SPC)和大批量统计有效性,COTS组件批次间和批次内变化问题值得重新审视。无论如何,尽管政府太空政策将其视为“最后的手段”,但COTS组件抽样统计数据的有效性现已正式得到确认。


尽管有诸多缓解COTS组件抗辐射障碍的方法,但其空间应用仍然面临挑战

众所周知的对于COTS组件有效的缓解方法——例如屏蔽、错误检测、纠正等。COTS组件的抗辐射障碍并非不可通过。


由于缺乏抗辐射数据库,缺乏公共信息,有问题组件制造商发布的信息,在起步阶段使用COTS组件会很困难。


抗辐射测试是一项昂贵耗时的关键活动,需要尽快实施执行。


鉴于技术/工艺/ SPC改进,向大批量生产转型,向生产外包再到大型专业工厂过渡所带来的实际进展,应重新审视传统的抗辐射测试要求。

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