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太空強化型塑膠裝置如何因應低地球軌道應用的挑戰

本文作者：德州儀器點擊： 2022-10-07 13:16

前言：

新興的太空市場中，近年大量低地球軌道 (LEO) 衛星的發射令人振奮，這些衛星體積小、成本合理，能夠耐輻射並且非常可靠。這些衛星可以對全世界擴展通訊和連線。不同於傳統的衛星市場，大多數任務都在距離地球 22,236 英哩的地球同步軌道上，預計將持續 10 年以上，LEO 衛星的軌道距離地球更近，不超過 1,300 英哩。由於這些衛星相對容易替換，因此任務壽命通常不到七年。

LEO 衛星電子設計必須同時滿足嚴格的預算並保持競爭力，因此面臨的的主要挑戰包括：

• 使用體積更小、整合度更高的元件來縮小電路板尺寸。

• 尋找交貨時間短的裝置進行快速設計。

• 採用能夠承受太空嚴苛條件的電子元件。

對於剛接觸太空市場的設計師來說，為地面市場設計的產品無法解決太空中的特定挑戰，其中包括：

• 輻射性能。

• 控制商業現貨 (COTS) 裝置中常見的製程和材料變化。

• 衛星環繞地球時，熱循環會經歷極端的溫度波動。

• 將非密封的塑膠包裝釋氣。

TI 的太空強化型塑膠 (EP) 認證程序能夠解決這些挑戰，而且能消除有時用於這個市場的高風險和資源密集型篩檢方法。篩檢是對零件進行電氣或環境測試而在產品規格表規格之外使用的做法。雖然篩檢有助於對裝置的太空性能進行分類，不過仍然存在許多風險，而且，如果不完全瞭解裝置的「原理」以及測試向量，這可能會導致現場故障，而且衛星將在任務期間出現錯誤的安全感。

耐輻射塑膠裝置如何降低風險

TI 的認證太空產品可供設計人員和元件工程師設計和驗證自己的電路板，完全不需要顧慮衛星在 LEO 太空環境中的具體考量因素。太空 EP 產品因應的一些考量因素包括：

• 受控制的基準流程：TI 在單一製造設施、組裝地點和測試地點製造每個太空 EP 裝置，藉以控制材料組、輻射容限和電氣規格之間的現場差異。

• 輻射批次驗收測試。太空 EP 裝置至少要對每個晶圓批次的總游離劑量 (TID) 保證進行測試，藉以確實達到 20 krad (Si)，對能夠滿足更高 TID 等級的裝置進行更高等級的測試，藉此消除批次間輻射變化的任何風險。在額外輻射性能的鑑定期間，這些裝置的一般表徵是 30 至 50-krad (Si) TID。(對於需要更高等級 TID 性能的計畫，TI 的傳統 QMLV 空間產品通常額定為 100 krad (Si) 或更高。)

• 金線：太空 EP 裝置僅使用金鍵合線，在更嚴格的容差要求下消除銅可能出現的鍵合完整性和可靠性問題。

• 沒有錫鬚的風險：由於太空的嚴苛條件，即使使用保形塗層，錫鬚也是一大問題。為了避免這種風險，太空 EP 產品不使用錫含量高的端子。飾面則是鎳鈀金或 63% 錫/37% 鉛。

• 擴大的溫度範圍：太空環境通常需要 -55°C 至 125°C 的溫度容差。促使太空 EP 零件符合此溫度範圍的要求，就完全不需要為擴展的溫度範圍進行篩檢，這將導致 TI 的保固失效，並且可能損害飛航中使用的裝置。

• 嚴苛環境鑑定：由於擴展的高加速應力測試、每個裝置上的溫度循環和強化的材料集，太空 EP 產品獲得太空環境的流程有關的附加功能，藉以滿足 NASA 推動的美國測試和材料協會 E-495 釋氣規格。

加快發佈時程

TI 太空 EP 裝置的品質和可靠性有助於設計人員加速洗板和驗證新設計。在 TI.com 上的裝置產品資料夾中，我們提供針對 LEO 要求進行優化的裝置有關的所有輻射資料，以及釋氣資料和可靠性報告。使用我們的詳細報告可以節省大量成本，因為在 LEO 衛星應用中使用 COTS 產品時，我們對於輻射測試、篩檢和低產量方面進行大量投資。

我們的報告包括：

• 針對 TID 提供的輻射報告，其中包括 30-50 krad (Si) 的表徵資料和 20-50 krad (Si) 的抗輻射保證資料

• 單一事件效應的輻射報告、43 MeVcm2/mg 的單一事件閂鎖報告以及電源管理產品的其他破壞性單一事件和單一事件瞬態表徵。

• 釋氣和可靠性報告，提供有關產品流程、可靠性資料、可追溯性和釋氣測試的資訊。本報告中的資訊有助於加快電路板認證並減少對外部認證工作的需求，盡可能降低選擇新產品時的風險，並讓您確信這些裝置從一開始就可以正常運作。

表 1 列出整個太空 EP 裝置組合。

產品	資源	立即在 TI 商店訂購
TPS7H4010-SEP 3.5V 至 32V、6A 同步降壓轉換器	產品規格表輻射報告	TPS7H4010MRNPSEP TPS7H4010MRNPTSEP
TPS7H4003-SEP 3V 至 7V、18A、同步降壓轉換器	產品規格表輻射報告	TPS7H4003MDDWSEP TPS7H4003MDDWTSEP
TPS73801-SEP 1A、低雜訊快速瞬態回應 LDO	產品規格表輻射報告	TPS73801MDCQPSEP TPS73801MDCQTPSEP
TPS7H1210-SEP 1A 低雜訊、小型負線性穩壓器	產品規格表輻射報告	TPS7H1210MRGWSEP TPS7H1210MRGWTSEP
TPS7H2221-SEP 5.5V、1.25A 小型負載開關	產品規格表輻射報告	PTPS7H2221MDCKTSEP
具備同步整流功能的 TPS7H5005-SEP 耐輻射 2MHz 雙輸出 PWM 控制器	產品規格表輻射報告	TPS7H5005MPWSEP
具備同步整流和死區時間設定的 TPS7H5006-SEP 耐輻射 2MHz PWM 控制器	產品規格表輻射報告	TPS7H5006MPWSEP
具備同步整流功能的 TPS7H5007-SEP 耐輻射 2MHz PWM 控制器	產品規格表輻射報告	TPS7H5007MPWSEP
TPS7H5008-SEP 耐輻射、2MHz、雙輸出 PWM 控制器	產品規格表輻射報告	TPS7H5008MPWSEP
TL7700-SEP 40V 電源電壓監控器	產品規格表輻射報告	TL7700CMPWPSEP TL7700CMPWTPSEP
ADC128S102-SEP 八通道、50kSPS 至 1MSPS、12 位元類比轉數位轉換器 (ADC)	產品規格表輻射報告即將推出	ADC128S102PWTSEP
LMX2694-SEP 15GHz 寬頻 PLLatinum射頻合成器	產品規格表輻射報告	LMX2694SRTCTSEP
具備強化型 PWM 抑制的 INA240-SEP 80V低壓側/高壓側電流感測放大器	產品規格表輻射報告	INA240PMPWPSEP INA240PMPWTPSEP
OPA4H014-SEP 抗輻射四通道 11MHz 低雜訊精密度 RRIO JFET 放大器	產品規格表輻射報告即將推出	OPA4H014PWSEP OPA4H014PWTSEP
LMH5485-SEP 耐輻射、太空強化型塑膠、850-MHz 全差分放大器	產品規格表輻射報告即將推出	PLMH5485DGKSEP
TLV1704-SEP 2.2V 至 36V、4 通道比較器	產品規格表輻射報告	TLV1704AMPWPSEP TLV1704AMPWTPSEP
採用太空強化型塑膠封裝並具備待機模式的 SN55HVD233-SEP 3.3V CAN 收發器	產品規格表輻射報告	SN55HVD233MDTPSEP
SN65C1168E-SEP RS-422 雙差分驅動器和接收器	產品規格表輻射報告	SN65C1168EMPWSEP SN65C1168EMPWTSEP
ISOS141-SEP 100Mbps、耐輻射四通道、3/1 數位隔離器	產品規格表輻射報告	ISOS141FDBQSEP ISOS141FDBQTSEP

表 1：已發佈的太空 EP 裝置

嚴苛的太空環境需要更高等級的可靠性來確保系統的安全。使用我們的太空 EP 裝置組合，為您日後進行發佈時，節省時間並降低風險。

其他資源

• 透過「TI 太空產品指南」瞭解最新發佈的太空產品

• 參閱我們的應用注意事項深入瞭解 TI 的太空 EP 認證：「使用太空強化型塑膠產品降低低地球軌道任務的風險」

關於德州儀器（TI）

德州儀器（納斯達克股票代碼：TXN）為位居世界領導地位的全球半導體公司，致力於設計、製造、測試以及銷售類比和嵌入式半導體晶片，為工業、汽車、個人電子、通訊設備和企業系統等市場服務。打造更美好的世界是我們的願景，為此，我們以半導體技術為基礎，致力於創造更輕巧、更高效、更可靠及更具成本效益的產品解決方案，使半導體更加普及地被應用於各式電子產品中。推動半導體技術持續更上一層樓，是我們數十年來始終如一的信念。更多詳情，敬請瀏覽 TI.com。

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