Защита микроэлектроники от воздействия факторов космического пространства

1.

ЗАЩИТА МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ФАКТОРОВ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА
Заряженные
частицы,
галактические
ионы
ускоритель
Поток
микрочастиц
Проникание
микрочастиц
Корпус КА
Al,Ti
Линза
Электромагнит
ное поле
корпус
Корпус прибора
Al, Fe
микрочастицы
Интегральная
микросхема
Ионы (Ei 100 MэВ)
а)
частицы
б)
Магн
итное
поле
Поток
микрочастиц
Проникающи
е частицы
Электромагни
тное
излучение
микросхема
а)Микрометеорный кратер на солнечной
батарее космического телескопа Хаббл
б)Микрократеры на модельном образце
из алюминия, полученные в лабораторных
условиях эксперимента

2.

МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
Микросхема АС10
1 – контейнер; 2 – фторопласт; 3 –
микросхема; 4 – поролон; 5 – крышка
контейнера
а)
а) общий вид; б) структура компоновки микросхемы
трещины
Схема расположения
микросхемы в контейнере
Установлено отклонение
рабочих
параметров вольтамперных характеристик
микросхем от допустимых
значений на 20 - 40 %
б)
сколы
а)
б)
а) трещины;
б) сколы

3.

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ КОРПУСОВ С
ИНТЕГРИРОВАННОЙ ЗАЩИТОЙ
Для защиты ИМС от воздействия факторов космического пространства предлагается многослойный композиционный материал на основе полимерных матриц и
порошковых наполнителей.
Преимущество предлагаемых материалов и изделий из них:
Во-первых, широкий выбор матричных полимерных материалов и порошковых наполнителей по их составам (оксиды, нитриды, карбиды и др.), свойствам
(тугоплавкие, сверхтвёрдые, диэлектрики и др.), размерам (от 10 нм до 1 мм), форме, из которых можно получать защитные экраны многофункционального
назначения с различным уровнем защитных свойств от проникающих микрочастиц и разных видов излучения.
Во-вторых, композиционный многослойный материал за счёт мелкодисперсных наполнителей (порошков SiO2, Al2O3, ВN, фуллерена С60 и др.) имеет большое
количество границ раздела, обладает высоким уровнем рассеяния на границах раздела наполнитель-матрица и дополнительного углового рассеяния различных
сред на границах раздела между слоями.
В-третьих, многократные отражения складываются из отражения и поглощения электромагнитной волны на границе раздела между слоями от второй границы на
выходе волны из слоя. Другими словами, часть энергии электромагнитной волны распространяется в слоях экрана, многократно отражаясь от границ раздела сред.
В-четвёртых, каждый слой многослойной композиции может выполнять свои определённые защитные функции от конкретного вида микрочастиц и излучения.
Результаты исследований взаимодействия высокоскоростных потоков микрочастиц с преградой и их влияние на изменения структуры и свойств элементов
микроэлектроники, позволило предложить многослойные композиции на основе полимерной матрицы с порошковыми наполнителями из Al2O3, SiO2, C60 и
металлическим отражающим слоем.
Применение корпусов с интегрированной защитой позволит:
- обеспечить повышенную радиационную стойкость ИМС, электронных компонентов и аппаратуры;
- использовать электронные компоненты коммерческого и индустриального классов для космических приложений;
- расширить номенклатуру применяемых ИМС и тем самым снизить затраты на комплектацию при производстве космической аппаратуры;
- обеспечить снижение весовых и габаритных параметров по сравнению со стандартными методами конструктивной защиты;
- получить материал с относительно низким модулем упругости, способствующий уменьшению напряжения на растяжение в результате нагрева;
- обеспечить максимально возможную теплопроводность для уменьшения температурного градиента по толщине защиты, минимальное тепловое расширение,
сокращающее напряжения между экраном и подложкой микросхемы.
Перспективное направление развития методов локальной защиты ИМС – создание новых типов корпусов с интегрированными в них экранами радиационной
защиты из многослойных композиционных материалов .
крышка
металли
защитный экран
место пайки
кристалл
корпус
керамический
защитный экран
подложка
Схема ИМС в корпусе с локальной
защитой