Для каких задач заказывают радиационностойкие компоненты Crystal

Радиационностойкие компоненты — отдельный класс изделий, рассчитанных на работу под воздействием ионизирующего излучения. От обычных микросхем они отличаются не улучшенными характеристиками, а тем, что их параметры остаются в заданных пределах после накопления определённой дозы и что в них исключены отказы от попадания одиночной частицы. Заказываются такие компоненты под конкретные условия эксплуатации, и именно эти условия определяют требуемый уровень стойкости.

Ниже — в каких задачах применяются радиационностойкие компоненты, какие виды воздействия учитываются, что указывается в запросе и чем отличается конструктивное исполнение. Компоненты Crystal поставляются под задачу, общая номенклатура микросхем собрана в разделе микросхемы общего назначения.

Для каких задач их заказывают

• Космическая техника — аппаратура спутников и космических аппаратов, работающая вне защиты атмосферы на протяжении всего срока активного существования.
• Авионика и бортовые системы — оборудование, работающее на больших высотах, где поток частиц выше приземного.
• Приборы контроля на объектах атомной отрасли — измерительные каналы, системы контроля и управления, оборудование, размещённое вблизи источников излучения.
• Исследовательские установки и ускорительная техника — диагностическая и управляющая аппаратура в зоне воздействия.
• Робототехнические комплексы для работ в радиационно опасных зонах, включая аппаратуру обследования и дистанционного управления.
• Приборы радиационного контроля и дозиметрии, у которых электроника находится в том же поле, что и детектор.
• Аппаратура с длительным сроком службы без обслуживания, где замена отказавшего узла технически невозможна.

Какие виды воздействия учитываются

• Накопленная доза. Это постепенное изменение параметров полупроводника под длительным воздействием: смещаются пороговые напряжения, растут токи утечки, снижается усиление. Задаётся суммарной дозой за срок службы.
• Одиночные события от попадания отдельной частицы. Они делятся на обратимые — переключение состояния разряда памяти или логического элемента — и необратимые, при которых компонент выходит из строя.
• Защита от альфа-, бета- и гамма-излучения обеспечивается в том числе конструкцией корпуса и применяемыми материалами, а не только устройством кристалла.
• Смещение в кристаллической решётке под воздействием потока частиц, сказывающееся на оптоэлектронных и аналоговых изделиях сильнее, чем на цифровых.
• Сопутствующие факторы: перепады температуры и давления, вибрация и удар. В перечисленных задачах они действуют одновременно с излучением, и стойкость подтверждается по совокупности.

Чем конструктивное исполнение отличается от обычного

• Керамический или металлокерамический корпус вместо пластмассового. Он обеспечивает герметичность, предсказуемое поведение при перепадах температуры и давления и участвует в защите кристалла.
• Типовые корпуса для такого класса изделий — CEDRIP на 8, 14, 16 и 20 выводов, CERSOP на 8, 14 и 16 выводов, а также безвыводные керамические корпуса CLCC.
• Отсутствие органических материалов в конструкции, которые деградируют под излучением и при перепадах давления.
• Трёхмерная сборка в одном корпусе, когда несколько кристаллов размещаются в объёме для сокращения площади на плате.
• Контроль производства с автоматической оптической инспекцией и пооперационной проверкой — без него подтвердить однородность партии невозможно.
• Применение карбида кремния и нитрида галлия в силовых изделиях, где требуется работа при повышенной температуре и напряжении.

Что сравнивается при подборе

Что указывается в запросе

• Назначение изделия и условия эксплуатации — высота, орбита, близость к источнику, продолжительность работы.
• Требуемый уровень стойкости по накопленной дозе за срок службы и требования по одиночным событиям, если они заданы техническим заданием.
• Функция компонента: логика, усилитель, стабилизатор, преобразователь питания, элемент развязки. Для каждой функции состав номенклатуры разный.
• Электрические параметры — напряжение питания, диапазон входных сигналов, требуемое быстродействие, нагрузочная способность.
• Диапазон рабочих температур и наличие требований по перепадам давления и вибрации.
• Тип корпуса и число выводов, если посадочное место на плате уже определено.
• Планируемая потребность и срок, к которому нужна партия: изделия этого класса изготавливаются под заказ, и срок входит в проектный график.
• Требования к документам на партию — состав протоколов, необходимость подтверждения по каждой партии отдельно.

Что проверяется на этапе проектирования

• Полный перечень компонентов цепи, а не только основная микросхема. Стойкость схемы определяется самым слабым звеном, и обычный стабилизатор рядом со стойкой логикой обесценивает решение.
• Элементы развязки и защиты по входам и выходам — раздел оптопары.
• Цепи питания: стабилизаторы и преобразователи в составе узла — разделы стабилизаторы напряжения и DC/DC-преобразователи.
• Аналоговый тракт — усилители и компараторы, у которых смещение параметров под дозой проявляется раньше, чем у цифровых схем. Раздел — усилители и компараторы.
• Логическая часть и её устойчивость к обратимым переключениям состояния — раздел логические микросхемы.
• Резервирование и контроль целостности данных там, где обратимые сбои недопустимы по последствиям.
• Тепловой режим корпуса: керамика отводит тепло иначе, чем пластмасса, и расчёт выполняется заново.

Частые вопросы

Можно ли заменить радиационностойкий компонент обычным с таким же обозначением функции? Нет. Совпадение функции и выводов не означает совпадения стойкости. Замена возможна только на изделие с подтверждёнными характеристиками по дозе и одиночным событиям.

Чем подтверждается стойкость конкретной партии? Документами производителя на партию с результатами контроля. Для изделий этого класса подтверждение даётся по партии, а не ссылкой на типовую спецификацию серии.

Нужна ли стойкость всем компонентам узла? Требования распределяются по функциям: к элементам, отказ которых останавливает работу узла, они выше, к вспомогательным цепям — ниже. Распределение фиксируется в техническом задании до подбора номенклатуры.

Можно ли заказать компонент с нужными параметрами, если его нет в номенклатуре? Такая задача решается как отдельная разработка под требования заказчика, со своим сроком и подтверждением характеристик. Это отличается от подбора готовой позиции и планируется заранее.

Что прислать для подбора? Условия эксплуатации и требуемый уровень стойкости, функцию и электрические параметры компонента, тип корпуса и число выводов, диапазон температур, объём потребности и требования к документам на партию.

Что мы делаем

Разбираем требования по условиям эксплуатации и уровню стойкости, подбираем номенклатуру под функцию и корпус, проверяем весь состав узла на соответствие требованиям, согласуем документы на партию и ведём поставку с учётом срока изготовления. Общая номенклатура — разделы микросхемы общего назначения, логические микросхемы, усилители и компараторы, стабилизаторы напряжения, DC/DC-преобразователи и оптопары.

Пришлите условия эксплуатации, требуемый уровень стойкости и функцию компонента на micro@tkasiatorg.ru — подберём номенклатуру, согласуем состав документов на партию и назовём срок изготовления.