国家空间科学中心 空间抗辐射平台
用户登录
“宇航电子器件空间辐射效应数据库”在低等级芯片宇航选用中的作用
发布日期:2018-12-17 15:24:58

随着商业航天的快速兴起、快速响应卫星、载人航天科学与应用任务的卫星等,为了实现创新的探测与试验目标以及低研制成本的约束,往往不得不采用较高性能的商用、工业用、军用等非宇航级的低等级器件。低等级无抗辐射指标的芯片如何才能更低成本、更高效率的供航天使用呢?

宇航级芯片,高端大气上档次,高成本、高价格、高品质。其实,宇航用芯片与低等级芯片,并无本质上的不同。除了一些针对抗辐射专门进行芯片级设计的宇航芯片,宇航级芯片只是进行了单粒子效应试验鉴定并做了满足航天要求的封装,其抗单粒子锁定的能力可能很强(有可能免疫),随着器件工艺尺寸的减小其抗单粒子翻转能力也都和低等级芯片类似都不高(大部分器件单粒子翻转阈值都小于1MeV·cm2·mg-1。为得到芯片的抗单粒子效应能力指标,需要对其进行单粒子效应试验,若其对锁定免疫则可以直接使用(还要考虑抗翻转效应加固措施),若锁定阈值不高则需要电路设计或者是重新流片设计以达到大于75 MeV·cm2·mg-1甚至是锁定免疫的指标,等等。重新设计、流片既费时又烧钱,重离子机时难申请而且价格昂贵,这些都加到芯片的成本里,使宇航用芯片天然的高端大气上档次。除了上述方法,就没有更便捷使用低等级芯片的方法了吗?

此时,抗辐射效应数据则可以大展身手。通过调研已有的公开文献,对于无抗单粒子效应指标的器件,可以优先利用脉冲激光这种较低成本的方法对低等级芯片进行快速的筛选测试,具体可以参照“NASA利用脉冲激光进行的低等级器件抗单粒子效应筛选及防护设计试验”(链接https://mp.weixin.qq.com/s/9XZ vn85nXbU-4vDCdYCYDw),这里不再赘述,满足指标要求则重离子试验验证,指标不满足则直接更换或电路级加固,提高重离子机时利用率;对于有抗单粒子效应指标的器件,利用已有的指标指导重离子试验更高效率开展,酌情对辐射指标较好的芯片进行试验验证,对不满足任务指标的芯片直接更换或采用电路级加固后再上重离子加速器验证。如下图所示。

 

1111111.jpg

 

为了方便器件的辐射效应数据调研,国家空间科学中心空间环境特殊效应实验室搜集了近10年内国内外可以调研到的几乎所有公开/半公开的文献数据, 搭建了“宇航电子器件空间辐射效应数据库”(链接地址www.seeep.ac.cn)。数据主要来源于互联网、公开文献以及空间环境特殊效应实验室内部试验报告。近日,又对数据库进行了更新,更新的器件来源包含国外抗辐射芯片设计制造商Atmel3DPlusGSI;国内抗辐射芯片设计制造商北京微电子技术研究所(中国航天772研究所);IEEE TNS以及国家空间科学中心2018年的脉冲激光单粒子效应试验数据。截止今日,数据库共包含文件1300余份、数据条目近5300个。共涵盖8大种类器件:信号处理类器件,非易失类存储器,易失类存储器,混合电路,线性器件,逻辑器件,电源组件,光电器件,晶体管,其他;辐射效应种类包含单粒子效应,总剂量效应和位移损伤效应。可通过目录检索、条件检索、文件检索等多种方式检索所关注器件的总剂量效应、单粒子效应、位移损伤效应等数据。

55555666.jpg

宇航电子器件辐射效应数据库检索页面

某一空间任务型号模块供选用了27款芯片,都没有抗辐射指标,通过本数据库调研,共有16款芯片的相同或相近型号有辐射效应数据。通过已有的试验数据,可以减少抗辐射试验的工作量,高效率的指导后续的筛选试验以及空间任务使用。

宇航电子器件空间辐射效应数据库可以在空间任务型号初期指导器件的选用,高效率的指导器件的筛选试验,结合脉冲激光单粒子试验以及重离子鉴定试验手段,能够缩短低等级器件的宇航任务应用周期,是空间任务型号芯片选用和开展试验不可或缺的工具之一。欢迎大家使用宇航电子器件空间辐射效应数据库,确定器件的选用以及试验开展策略,也欢迎大家上传数据到数据库,利人利己,为提高国内自主研发抗辐射器件水平和宇航电子系统抗辐射能力贡献力量。