COTS元件也能上太空　塑膠/陶瓷封裝增強耐輻射效能(1)

近年來，航太工業發生翻天覆地的變化。接下來的數年之內，一些太空探索企業將向運行軌道發射數千顆設計生命週期約為五年的衛星。此舉的目的是利用這些衛星構成衛星星座，以擴大其網路通訊的全球覆蓋範圍。新應用的出現不但縮短了相關產品的設計週期，也提升了它們的產量。然而，這些新衛星跟以往的衛星截然不同，無論是衛星導航系統和全球通訊應用所使用、必須在軌道運行20年以上的對地靜止衛星；或者是在太陽系其他行星執行任務，必須抵禦各種最嚴苛環境影響的衛星。

打造大型衛星星座的強大驅動力正悄然改變市場對太空飛行器系統相關元件的要求，同時仍然需要相關企業保持出色的產品可靠性以及長期的供貨穩定性。

要讓各類元件符合太空的工作條件，關鍵的一步是從晶圓和晶粒製造開始到最終元件封裝完成的各個階段，都需要對產品進行測試。實施全面QML認證過程需要工作人員在跨度很大的溫度範圍內執行數百次測試，並提供詳細的報告、追蹤和追溯資訊。對於一個年採購量僅有一千個元件的市場來說，這一過程可能需要花費數百萬美元。因此，這種高度專業化的認證過程往往僅適用於深太空應用以及航行至其他行星的太空任務。

商用現貨(Commercial Off-the-Shelf, COTS)元件的生產邏輯則與此截然不同：製造商可在太空產品設計方案正式投產時，再將此類元件整合至生產線的末端。即使在工作溫度範圍較大的汽車級元件中，也沒有多少元件能夠承受運行軌道-55°C至+125°C的溫度，並且它們的封裝或功能也可能不符合此類太空產品設計的需求。此外，在太空中使用COTS元件最主要的問題仍然是產品的耐輻射效能；不瞭解此類效能或此類效能孱弱可能會引發破壞性事件，並最終給任務帶來災難性的後果。

為了降低成本並確保產品在太空環境下的耐用性，相關解決方案應運而生，例如Microchip便採用COTS升級耐輻射方法，可從COTS級產品開始，利用塑膠或陶瓷封裝將元件升級為耐輻射效能更強的太空級版本。這種經濟高效的製造方法可為全新太空產品的開發人員帶來有力支援。

挑戰與解方

除了需要具備更大的溫度範圍，太空應用系統還需要抵禦輻射引發的錯誤，以避免單粒子翻轉(SEU)或是閂鎖錯誤(Latch-up Error)。用於前瞻太空產品設計的元件均須採用抗輻射加固製程進行製造，並利用內部備援設計來達到最高的可靠性級別。抗輻射加固設計(RHBD)元件可利用電路備援和耐輻射元件來確保維持多年的太空應用效能。

儘管這種注重高可靠性和耐輻射效能的方法可能確實適合時間較長的航太任務，但我們也知道，低軌道(LEO)衛星和立方衛星等涉及更大產量的設計方案不一定需要採用這種方法。

將設計與測試的工作量減少到與應用需求相符的程度，能夠使元件具備所需的可靠性並規避單粒子翻轉問題，同時降低元件的成本並提高其可用性。根據具體的應用、成本和時間要求，我們可以為元件選擇Sub-QML、全面QML或是全新的300系列QML認證。

利用經過Sub-QML認證的耐輻射製程和耐輻射塑膠封裝來製造商用元件，除了能為專案帶來合適的可靠性水準，還能使項目更具成本、產量和可用性優勢。此外，COTS升級耐輻射製程可有效縮短設計週期，並使原有的專案預算成本保持不變。

COTS元件也能上太空　塑膠/陶瓷封裝增強耐輻射效能(1)

COTS元件也能上太空　塑膠/陶瓷封裝增強耐輻射效能(2)