塑封器件在宇航環境應用的可靠性研究

董佩佩 游君

摘 要：伴隨社會經濟的快速化發展，科學技術在此背景下，呈現出迅猛的發展勢頭，航空航天領域作為許多新技術、新理念應用的前沿陣地，其發展好壞直接影響其它領域或產業的發展。在航天器設計過程中，難免會遇到無高等級器件可用，而不得以選擇商用塑封器件的狀況。本文結合當前實況，以塑封器件為例，就其在宇航環境中應用的可靠性作一探討。

關鍵詞：塑封器件;宇航環境;可靠性

伴隨航空業內對航天器技術性能、指標或相關要求的持續提高，難以避免的會遇到沒有或者采購不到所需型號、要求的高可靠性器件的情況;現階段，此種狀況無論是在國內，還是在國外，都呈現出不斷增多趨勢。針對商用塑封器件而言，其憑借可獲得性好、品種多樣、重量輕即尺寸小等優點，而受到設計師的廣泛青睞。若能將此器件應用在航天領域，無論是在縮短設備研制周期上，還是在促進設備小型化上，均能發揮重要作用。但商用塑封器件在可靠性方面，存在著比較大的差異性，如果盲目性或無精選性的采購塑封器件，并將其用在航天領域，那么會帶來許多難以預知的風險。所以，需依據應用條件與環境，制定能夠切實滿足航天需要的質量保證方案。

1.商用塑封器件的基本特點

針對商用塑封器件來講，其有著比較短的設計周期，難以確保設計的優質性，一些地方可能因設計不到位或存在缺陷，而存在安全隱患;而針對高等級器件而言，其在剛開始設計時，便秉持軍用器件的基本設計原則，而且在設計過程中還進行了反復性的驗證;因此，在實際生產中，對那些與高等級器件可靠性相關的環節進行控制（比如生產工藝、原材料等），是整個設計工作的重心與基礎，都是強制要求，而且都由政府進行管控與監督。所以，高等級器件有著較好的穩定性及質量一致性;而對于商用塑封器件，則有著比較差的質量一致性;還需要指出的是，即便是標識有統一日期碼的商用塑封器件，其在具體的芯片版圖上，可能會存在差異。另外，還需說明的是，器件的輻射敏感性無關于器件的質量等級，但與器件的基本工藝、設計版圖及制造材料之間，卻緊密相關。經既往輻照試驗研究得知，塑封材料輻射不敏感，器件在具體的輻射效應上，與封裝形式之間，并沒有明顯關聯。將商用塑封器件應用在空間環境中的最大難題就是輻射數據不多，尤其是器件的開封難，因而難以高效開展單粒子試驗。

2.保證商用塑封器件可靠性質量的基本方法

2.1結構分析

針對元器件而言，其自身所具有的可靠性，主要由兩方面來決定，其一為生產控制，其二是結構設計;由于元器件結構當中囊括了大量且十分重要的可靠性信息，如工藝選擇的合理性及結構設計的可靠性等。若工藝控制中有缺陷，或者是在結構設計層面存在不合理的地方，那么便會降低元器件的固有可靠性;如果器件的此些固有可靠性存在降低的情況，那么由其所引發的各類問題，在實際使用中才能被發現，這便會增大工程處理難度，甚至還會帶來巨大的經濟損失;若能在選用此些元器件之前，便進行詳細對比，知曉其結構及工藝特點，了解其缺陷或不足，那么便能夠較好的避免損失。

對于商用器件而言，其有著較快的更新換代速度，即便器件的型號相同，其在具體的芯片版圖上，也會存在差異，因此，可借助結構分析法，來深入分析版圖的變化情況。需要指出的是，商用塑封器件設計之初的服務對象并非航天等有著較高可靠性應用要求的領域，所以便可能出現不合理、不合規的工藝材料或設計，對此，積極開展結構分析工作，十分必要與迫切。開展結構分析的最主要目的就是對器件的材料、結構、設計思路與空間應用要求是否滿足予以明確。

2.2篩選試驗

之所以要進行篩選，主要目的就是將那些失效產品給剔除掉，以及對其可靠性水平進行驗證;而對于篩選試驗而言，其雖然無法促進產品質量等級的提升，但其對產品批可靠性水平的提升，卻起到重要作用。將篩選試驗當作選出高可靠性要求元器件的首選方法，雖然是一個可行策略，但當前并未明確篩選試驗的標準方法。所選用的篩選試驗方法妥當與否，對于低等級元器件能否在高可靠領域中應用，起到決定作用，其驗證意義重大。所以，需要選擇合理、實用且高效的篩選試驗方法。針對篩選的判斷及試驗項目來講，需依據商用器件的基本特點來開展。不僅要將以CMOS工藝狀態穩定性為對象的多次、靜態老煉試驗要求作為重點外，還需將商用器件批次一致性所對應的電參數統計評價要求也作為重點內容。

2.3考核試驗分析

對于考核試驗來考量，多為加速將器件設計層面、制造層面中缺陷暴露出來的試驗，其主要目的就是對器件整批次的可靠性進行考核，而在考核的具體項目上，主要有工作可靠性、環境及封裝等。

2.4輻射性能評估

需要強調的是，商用器件的設計用途并非是空間應用，因此，在實際設計時，并沒有將宇航空間環境應用考慮在內;另外，由于商用器件有著比較快的換代、更新速度，一些已有的數據隨著時間的推移，可能已不適用當前的應用需要。針對衛星來講，其在空間輻射環境中工作，對此，在衛星中應用商用器件，需要將輻射問題考慮在內，而且還需確保所用商用器件在衛星壽命未到之前，不會由于輻射所致性能退化，而降低衛星性能。另外，依據輻射環境的各項要求，需要有針對性、目的性的對器件開展輻射效應評估，包含單粒子效應評估、位移效應評估及總劑量效應評估。通過已獲取足夠多的輻射試驗數據，那么便能分析并評估數據;如果并無充足的輻射數據，那么需要根據實際情況，開展輻射敏感性分析。

3.結語

綜上，如果將那些可靠性保證比較缺乏的商用塑封器件應用在宇航空間領域，那么會存在較大風險，所以，需要對所選擇的商用塑封器件，開展全面、深入的風險評估，并積極制定各項措施，最大程度減降風險的發生。要想保證商用塑封器件的質量，通常需要包含抗輻射性能評估、考核試驗、篩選試驗及結構分析等;需基于器件已有試驗，圍繞將選擇的商用塑封器件，制定切實可行的質量保證措施。

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