航天級耐輻射產(chǎn)品系列為設計人員提供用于新興近地軌道商業(yè)應用的全新解決方案

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)衛星，這些衛星體積較小且經(jīng)濟可行，同時(shí)還具有抗輻射性和可靠性，增強了世界范圍內的通信和連接。在以前的衛星領(lǐng)域，大多數任務(wù)都在距地球高達22,236英里的地球同步軌道上執行，并且預計持續時(shí)間超過(guò)10年，與之不同的是，LEO衛星的軌道距離地球更近，不超過(guò)1,300英里。由于這些衛星相對容易更換，因此其工作壽命通常不到七年。

在符合嚴格預算并保持競爭力的情況下，LEO衛星電子設計所面臨的主要挑戰是：

●   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

除了包含250多款合格制造商列表V級(QMLV)密閉空間級器件的現有產(chǎn)品系列之外，TI最近還推出了全新的耐輻射產(chǎn)品系列（航天EP）。航天EP產(chǎn)品系列包含專(zhuān)為工作壽命較短的LEO衛星設計的塑料器件。

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

●   輻射性能

●   商用現成(COTS)器件中典型的控制工藝和材料變化

●   衛星繞地球運行時(shí)的熱循環(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，因此無(wú)需再使用高風(fēng)險升級篩選方法（之前偶爾使用）。升級篩選是在數據表規格之外的條件下對器件進(jìn)行電氣或環(huán)境測試的做法。如果在不完全了解器件的“配方”及其測試向量的情況下進(jìn)行升級篩選，則可能會(huì )導致現場(chǎng)故障和誤以為衛星會(huì )在任務(wù)執行期間正常運行。

耐輻射器件如何降低風(fēng)險

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

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

●   輻射批次驗收測試。航天EP器件經(jīng)過(guò)測試，確保每個(gè)晶圓批次的電離輻射總劑量(TID)為20krad(Si)，從而消除了任何批次間的輻射差異風(fēng)險。這些器件在認證期間具有高達30krad(Si)的TID，可實(shí)現額外的輻射性能。（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(xiàn)。航天EP器件僅使用金鍵合線(xiàn)，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(wèn)題。

●   無(wú)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(wèn)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之后，就無(wú)需為工作溫度范圍進(jìn)行升級篩選，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力測試、對每個(gè)器件和增強材料組合的溫度循環(huán)測試，以便滿(mǎn)足NASA牽頭的美國材料與試驗協(xié)會(huì )E-495釋氣規格要求。

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，設計人員能夠更快地開(kāi)發(fā)和驗證新設計。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據以及釋氣數據和可靠性報告。使用我們的詳細報告可以節省大量成本，因為在LEO衛星應用中使用COTS產(chǎn)品時(shí)，會(huì )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)的特性數據和高達20krad(Si)的耐輻射加固保障數據

●   針對單粒子效應的輻射報告，43MeVcm2/mg的單粒子鎖定數據以及電源管理產(chǎn)品的附加單粒子瞬態(tài)特性。

●   釋氣和可靠性報告，提供有關(guān)產(chǎn)品流程、可靠性數據、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(shí)所面臨的風(fēng)險，并使您確信器件從一開(kāi)始就可以正常工作。

表1列出了我們產(chǎn)品系列中的六款航天EP器件，主要功能類(lèi)別的更多器件將計劃推出。

表1 已發(fā)布的航天EP器件

對于需要獲得比航天EP產(chǎn)品系列更高級別的可靠性或耐輻射保障認證的項目，TI將繼續投資并提供采用氣密封裝的傳統航天產(chǎn)品系列。