新兴的新太空领域更令人兴奋的一件事是发射大量近地轨道(LEO)卫星,这些卫星体积较小且经济可行,同时还具有抗辐射性和可靠性,增强了世界范围内的通信和连接。在以前的卫星领域,大多数任务都在距地球高达22,236英里的地球同步轨道上执行,并且预计持续时间超过10年,与之不同的是,LEO卫星的轨道距离地球更近,不超过1,300英里。由于这些卫星相对容易更换,因此其工作寿命通常不到七年。

 


在符合严格预算并保持竞争力的情况下,LEO卫星电子设计所面临的主要挑战是:

 

  • 使用更小、集成度更高的元件来减小电路板尺寸

 

  • 为短周期设计找到交货周期短的器件

 

  • 使用能承受太空恶劣条件的电子元件


全新的耐辐射产品系列(航天EP)
    

 

我们的全新耐辐射产品系列中的IC可满足LEO卫星需求

 

除了包含250多款合格制造商列表V级(QMLV)密闭空间级器件的现有产品系列之外,TI最近还推出了全新的耐辐射产品系列(航天EP)。航天EP产品系列包含专为工作寿命较短的LEO卫星设计的塑料器件。


对于刚进入航天领域的设计人员而言,航天领域具有陆地产品无法解决的特定挑战,其中包括:

 

  • 辐射性能

 

  • 商用现成(COTS)器件中典型的控制工艺和材料变化

 

  • 卫星绕地球运行时的热循环

 

  • 未密封塑料封装的释气


TI的航天EP认证流程攻克了上述挑战,因此无需再使用高风险升级筛选方法(之前偶尔使用)。升级筛选是在数据表规格之外的条件下对器件进行电气或环境测试的做法。如果在不完全了解器件的“配方”及其测试向量的情况下进行升级筛选,则可能会导致现场故障和误以为卫星会在任务执行期间正常运行。


耐辐射器件如何降低风险
利用TI的经认证航天产品,设计人员和器件工程师能够设计和验证其电路板,而无需考虑卫星在LEO航天环境中的具体注意事项。航天EP产品无需考虑的部分注意事项包括:

 

  • 受控基线流程。对于每款航天EP器件,TI都在一个制造工厂、组装场所和测试场所制造完成,以便减少各工厂在材料组合、辐射耐受性和电气规格方面的差异。

 

  • 辐射批次验收测试。航天EP器件经过测试,确保每个晶圆批次的电离辐射总剂量(TID)为20krad(Si),从而消除了任何批次间的辐射差异风险。这些器件在认证期间具有高达30krad(Si)的TID,可实现额外的辐射性能。(对于需要更高级别TID性能的项目,TI以前的QMLV航天产品的额定值通常为100krad(Si)或更高。)

 

  • 金线。航天EP器件仅使用金键合线,从而消除了铜在更严格的容差要求下可能发生的键合完整性和可靠性问题。

 

  • 无锡须风险。由于太空中的恶劣条件,即使使用保形涂层,也要考虑锡须问题。为避免这种风险,航天EP产品不使用锡含量高的端子。相反,涂层采用的是镍-钯-金或63%锡/37%铅。

 

  • 工作温度范围。航天环境通常要求-55°C至125°C的温度容差。将航天EP器件限定在该温度范围内之后,就无需为工作温度范围进行升级筛选,否则会使TI的保修失效并可能损坏飞行中使用的器件。

 

  • 恶劣环境资质认证。航天EP产品接受特定于航天环境的补充认证流程,如更严格的高加速应力测试、对每个器件和增强材料组合的温度循环测试,以便满足NASA牵头的美国材料与试验协会E-495释气规格要求。


加快产品推出时间表
凭借TI航天EP器件的质量和可靠性,设计人员能够更快地开发和验证新设计。在TI.com上的器件产品文件夹中,我们提供了针对LEO要求优化器件的所有辐射数据以及释气数据和可靠性报告。使用我们的详细报告可以节省大量成本,因为在LEO卫星应用中使用COTS产品时,会在辐射测试、升级筛选和易生不良品分析方面投入大量费用。


我们的报告包括:

  • 针对TID的辐射报告,包括30krad(Si)的特性数据和高达20krad(Si)的耐辐射加固保障数据

 

  • 针对单粒子效应的辐射报告,43MeVcm2/mg的单粒子锁定数据以及电源管理产品的附加单粒子瞬态特性。

 

  • 释气和可靠性报告,提供有关产品流程、可靠性数据、可追溯性和释气测试的信息。该报告中的信息有助于加快电路板认证并减少对外部认证工作的需求,从而更大限度地降低选择新产品时所面临的风险,并使您确信器件从一开始就可以正常工作。


表1列出了我们产品系列中的六款航天EP器件,主要功能类别的更多器件将计划推出。

 

表1:已发布的航天EP器件


对于需要获得比航天EP产品系列更高级别的可靠性或耐辐射保障认证的项目,TI将继续投资并提供采用气密封装的传统航天产品系列。