在哪里可以找到适用于军事和航空系统的抗辐射硬化组件

抗辐射电子产品对于核电站之外的可靠性至关重要。

2020年6月3日，SpaceX发射了搭载NASA宇航员进入近地轨道的Falcon 9火箭，这是自2011年7月8日以来的首次。SpaceX的发射具有历史意义，因为埃隆·马斯克的公司成为第一个将人类送入轨道的私人组织。太空竞赛从未真正结束，但太空的商业化开启了新的大门，为各种航空航天公司和新组织提供了在近地轨道及更远地方建造系统的机会。

是什么让这些系统足够可靠和坚固，能够承受温度极端、机械冲击以及太空的其他危险？对电子设计师来说不可见但会减少寿命的一个危险是低地轨道和深空的辐射。同样的危险也可以在地球上的放射性环境中找到，如核电站、废物仓库和粒子加速器。抗辐射组件，或称为rad-hard组件，将帮助确保您的系统在这些独特挑战性环境中拥有长寿命。

什么使得抗辐射组件与众不同？

简单地说一个组件是抗辐射的是一回事，但这些组件的具体方面与市场上常见的电子组件非常不同。差异在于IC的实际电路设计以及封装设计中。

在选择或设计抗辐射组件和电子系统时，需要考虑许多事件。组件需要承受不同类型的损伤机制，而且不同的环境可能会主导不同的损伤机制。四种主要的损伤机制如下：

• 总电离剂量（TID）。 这个指标量化了组件由于持续暴露于电离辐射而承受的辐射损伤。持续的电离导致至少在半导体氧化物中产生电荷积累和陷阱，这增加了漏电流并在电路块中引起随机偏置。

• 质子和中子位移损伤。 当高能次原子粒子与半导体晶格中的原子碰撞时，会发生这种效应。这些高能粒子可以位移原子并在晶格中创建间隙缺陷。这在放射性成像设备中是一个主要问题，其中像素中诱导的缺陷导致暗电流增加。

• 瞬态剂量效应。 这组效应发生在高辐射通量事件期间，如核爆炸期间。爆炸在半导体芯片中产生光电流，导致晶体管随机打开和逻辑电路中的逻辑状态改变。在长脉冲期间可能发生永久损伤，或者在高伽马射线/ X射线通量事件期间可能发生锁存现象。

• 单粒子效应（SEE）。这类事件包括许多不同的效应，这些效应可以在集成电路内发生。集成电路中的单个晶体管或其他区域可能会经历锁存效应，寄存器或系统的其他部分可能会发生位翻转，正向偏置的MOSFETs可能会发生烧毁，以及其他效应。SEE事件

不同类型的电离辐射对电子产品和有机化合物产生不同的效应。

抗辐射组件旨在承受这些效应中的一些，这将取决于设备部署的环境。量化辐射硬化的典型规范是总吸收剂量（或TAD，以rad为单位）。所有TAD指标并非都是相等的，因为您需要的值取决于环境和您需要承受的辐射损伤效应。然后，设备的整体寿命取决于环境中的辐射通量（即，TAD/通量 = 寿命）。

抗辐射电子产品与抗辐射加固电子产品

抗辐射与抗辐射加固组件之间的区别可能看起来是词汇上的，但这两个商业和军事产品的等级实际上大不相同。差异的范围可能包括电路设计、布局、制造过程、封装或完全是其他方面。组件制造商不会透露他们制造抗辐射与抗辐射加固组件的秘密配方。

尽管可能难以看出哪些具体的过程和设计方面使这两个等级的组件不同，但在TAD规范中可以看到差异。抗辐射组件通常指定为在低于100 krad的某个限制以下可靠，而抗辐射加固组件可以远高于此限制。抗辐射组件适用于将已经接收较低辐射剂量的低海拔系统。这也有助于满足降低军用和航空系统成本的需求。

值得注意的是，一些商业过程将固有地更抗辐射或加固。SiGe是一种已知能够承受高达Mrad级别TAD的晶体管材料。然而，如果在BiCMOS过程中制造SiGe晶体管，CMOS模块将是产品辐射容限的限制因素；小至5 krad的TID值就足以对CMOS组件中的硅造成永久损害。与CMOS组件相比，双极组件往往具有更高的容限。

来自Microchip的SAMRH71抗辐射微控制器采用陶瓷封装。[来源：Microchip]

抗辐射组件选项

并非所有制造商的组件都有抗辐射硬化（rad-hard）等效物，但当您使用正确的电子元件搜索引擎时，您可以找到所需的抗辐射硬化组件。针对抗辐射硬化市场的制造商会在其标语描述中列出“辐射硬化”；搜索此术语将帮助您缩小到候选组件的简短列表。这些组件需求较低，因此它们往往相当昂贵，但是使用这些更加坚固的组件，您的系统将拥有更长的寿命。

一些常见的抗辐射硬化组件包括Xilinx FPGA、德州仪器的混合信号微控制器，以及瑞萨电子的多种产品。关于抗辐射硬化组件的当前一套军事标准是MIL-PRF-38535；根据此标准获得Y类认证的公司被确认已满足或超过MIL可靠性标准。如果您正在寻找抗辐射硬化组件，请务必注意是否符合此标准或认证。

当您需要为下一个军事或航空系统寻找抗辐射硬化组件时，请使用Octopart的零件搜索功能。Octopart中的搜索引擎包括过滤功能，可帮助您通过关键词、制造商、规格和生命周期缩小搜索范围。您可以从我们的集成电路类别页面开始搜索抗辐射硬化IC。

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