CN2427435Y

CN2427435Y - 抗单粒子效应辐射屏蔽件

Info

Publication number: CN2427435Y
Application number: CN 00231958
Authority: CN
Inventors: 林云龙; 蔡金荣
Original assignee: National Space Science Center of CAS
Current assignee: National Space Science Center of CAS
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2001-04-25
Anticipated expiration: 2010-03-21

Abstract

抗单粒子效应辐射屏蔽件,涉及一种抗辐射屏蔽屏蔽件,它能够降低空间辐射环境对航天器电子学器件产生的单粒子效应程度,减少其危害。由白陶瓷、单面镀铝聚酰胺薄膜组成,它的结构是层状叠装;白陶瓷由Al₂O₃、SiO₂、CaO、Fe₂O₃、Cu,Ti等重金属构成,组分是90～95%重量的Al₂O₃、3～6%重量的SiO₂、2～5%重量的CaO、0.03%重量的Fe₂O₃、0.02%重量的Cu,Ti等重金属,单面镀铝聚酰胺薄膜,铝膜与白陶瓷粘接。

Description

抗单粒子效应辐射屏蔽件

本实用新型涉及一种抗辐射屏蔽件，它能够降低空间辐射环境对航天器电子学器件产生的单粒子效应程度，减少其危害。

运行于太空的航天器必然遭遇到空间辐射环境的危害。航天器的电子学器件，特别是逻辑电路，会因为空间高能带电粒子的轰击，而使得其逻辑状态发生翻转，称为单粒子翻转；甚至会影响器件的电路，使得器件工作电流急剧增大，发生单粒子锁定和单粒子烧毁。以上这些来源于空间辐射环境影响的效应，总称为单粒子效应。但粒子效应的危害表现为：

单粒子翻转(SEU)，半导体器件的基本结构是P-N结，当高能粒子穿过P-N结中的耗尽层时，沿粒子的径迹会形成电离所造成的大量电子和空穴对，在P-N结上电场的作用下，电子和空穴分别向正、负极迁移形成一个电脉冲，如同在线路中一个外加信号，倘若产生的电荷足够多，即对应的信号足够强，即能使其逻辑状态发生翻转，在芯片中发生的单粒子翻转本身是一个“软”事件，它并未造成芯片的损坏，甚至连它的功能都没有改变，只是改变了工作状态，因此有时称这种错误为“软错误”。如果是发生在数据存储单元，仅造成误码。但是，如果发生在运行程序中的一个存储单元，或是在执行部件(如中央处理器CPU)中发生，将导致程序运行混乱，导致计算机无法工作，后果十分严重。

单粒子锁定(SEL)，当高能的粒子触发体硅CMOS电路的寄生可控硅结构时，倘若寄生的纵向和横向P-N-P及N-P-N晶体管的增益乘积大于1，当注入的触发电流足够大，电源又能提供足够大的电流以维持可控硅导通状态时就会从电源到地形成一个低阻通路则造成锁定，使器件功耗增大，时间一长造成器件烧毁，使仪器、设备失效，后果极为严重。

为解决，或者减少单粒子效应的危害，一般的办法是：屏蔽加固和电子学加固。屏蔽加固一般依靠航天器舱壁或者卫星蒙皮的总体加厚，以及仪器机壳和器件本身的一般封装，一般来说，总体加厚效率低，且对单粒子效应估计可能不准确，因为辐射的次级效应甚至使得防护无效或者效果更坏，仪器和器件本身没有特殊的设计；电子学加固主要是器件级上的制造工艺加固，以及设备级上的***加固，主要是通过计算机软件、硬件的纠错实现的。器件级加固，费用高，且不可能完全避免单粒子效应；***级加固，可以收到较好的效果，但是对于强辐射下的单粒子翻转有效率不足够的情况发生，对于单粒子锁定无法尽可能防护，只能被动地限流，解锁困难。

本实用新型的目的是要提供一种抗单粒子效应的辐射屏蔽件，对指定器件或者***进行加固，它能够有效地减少单粒子效应的危害，比如：减少单粒子翻转率，减少甚至避免单粒子锁定，综合应用本设计，再配合其他设计，可以相对成功地对付单粒子效应，满足各类航天器在轨正常工作的要求。

本实用新型的设计思想是：因为器件遭遇高能带电粒子发生单粒子效应是有条件的，根据具体轨道上的空间辐射环境，考虑具体器件，设计屏蔽体，使得器件尽量少地遭遇敏感粒子和敏感粒子状态。如：通过屏蔽，使得粒子无法达到器件，或者到达时能量和线性能量传输不足以引发单粒子效应；合适地选取屏蔽，使得次级粒子的危害不足以或者尽量少地引发单粒子效应。通过计算，针对1000Km以内的太阳同步轨道(其他轨道可以根据需要设计)和指定器件提出本实用新型。

本实用新型是由白陶瓷、单面镀铝聚酰胺膜组成，它的结构是层状叠装胶结而成；白陶瓷的成分是：90～95％重量的Al₂O₃、3～6％重量的SiO₂、2～5％重量的CaO、0．03％重量的Fe₂O₃、0．02％重量的Cu，Ti等重金属。

图1是本实用新型的结构图

图2是本实用新型的安装示意图

下面结合附图1详细说明本实用新型，图1中1是白陶瓷，2是单面镀铝聚酰胺薄膜，铝膜在上，白陶瓷和单面镀铝聚酰胺薄膜层状叠装胶结，白陶瓷的成分是：90～95％重量的Al₂O₃、3～6％重量的SiO₂、2～5％重量的CaO、0．03％重量的Fe₂O₃、0．02％重量的_Cu，_Ti等重金属。图2是本实用新型的安装示意图，3是电路板，4是抗单粒子效应辐射屏蔽件。

针对1000Km以内的太阳同步轨道(其他轨道可以根据需要设计)和指定器件的屏蔽件，铝膜厚度为0．1-0．5mm，白陶瓷厚度为6毫米最佳。厚度和成分是设计关键。本实用新型可以根据需要，利用框架结构支撑，安装于电路板器件表面，见图2；即将抗单粒子效应辐射屏蔽件4用航天用粘性胶(如：502胶)贴覆在电路板器件3的表面，在此状态下，只用白陶瓷，不用单面镀铝聚酰亚胺薄膜，且应当注意器件表面材质(如：白陶瓷、黑陶瓷、塑料等)，以避免粘性胶对材质的影响。

本实用新型分别适用于器件级和***级加固抗单粒子效应，质量轻：10g／片(20×10×6)；体积小，可以根据需要安装，通过验证，本实用新型能够有效地抗单粒子效应，减少单粒子翻转程度。

Claims

1、一种抗单粒子效应辐射屏蔽件，其特征在于由白陶瓷、单面镀铝聚酰胺膜组成，它的结构是层状叠装胶结而成；白陶瓷的成分是：Al₂O₃、SiO₂、CaO、Fe₂O₃、Cu、Ti重金属构成，组分是90～95％重量的Al₂O₃、3～6％重量的SiO₂、2～5％重量的CaO、0．03％重量的Fe₂O₃、0．02％重量的Cu，Ti重金属。

2、按权利要求1所述抗单粒子效应辐射屏蔽件，其特征在于单面镀铝聚酰胺薄膜铝膜厚度为0．1-0．5mm，白陶瓷厚度为6毫米。