космическая электроника

Полезный совет: если вы все же решили использовать коммерческий чип и вложиться в его испытания, купите запас сразу лет на десять вперед. Это, кстати, вполне себе бизнес-модель большой и уважаемой компании 3DPlus — они испытывают на радстойкость все коммерческие микросхемы подряд, находят те, которые имеют (по сути случайно) достаточные показатели, закупают большие партии и дальше пакуют чипы в собственные корпуса под собственной маркой.

 

Дозовые эффекты

Полная поглощенная доза излучения измеряется в радах, с указанием вещества, поглощающего излучение. 1 рад = 0.01 Дж/кг, то есть количество энергии, выделившееся в единице массы вещества. Реже используется единица измерения Грэй, равная 100 рад (или 1 Дж/кг). При этом важно понимать, что поглощенная доза в разных веществах будет различаться для одного и того же количества ионизирующих частиц, выпущенных источником радиации (это экспозиционная доза). В случае с кремниевыми микросхемами нужный материал — это оксид кремния, потому что воздействие на него, а не на кремний, в основном влияет на электрические характеристики схемы, так как подвижность дырок в SiO2 при нормальной температуре настолько мала, что они накапливаются в оксиде, создавая встроенный положительный заряд. Типичные уровни дозовой стойкости коммерческих микросхем лежат в диапазоне 5-100 крад(Si), востребованные покупателями уровни радиационной стойкости начинаются на 30 крад(Si) и заканчиваются где-то в районе 1 Град(Si), в зависимости от назначения микросхем. Смертельная доза для человека — около 6 Грэй.

 

Удельная энергоотдача ионизирующей частицы называется «линейная передача энергии» (ЛПЭ) и измеряется в МэВ, передаваемых за единицу длины пролета частицы в материале, на единицу плотности материала, то есть в (МэВ*см³)/(мг*см) или в (МэВ*см²)/мг. ЛПЭ нелинейно и немонотонно зависит от энергии частицы и взаимосвязана с длиной пробега, которая для актуальных в микроэлектронике частиц и материалов может составлять от сотен нанометров до сотен миллиметров.

Количество частиц, встречающихся в космосе, убывает с ростом ЛПЭ (см. рисунок 4). Важные значения — 30 (соответствует ионам железа) и 60 или 80 (после которых вероятность события считается пренебрежимо малой). Кроме этого, важной является цифра в 15 МэВ*см²/(мг) — это максимальная ЛПЭ, которую могут иметь продукты ядерной реакции при попадании протона или нейтрона в кремний.

 

1, 30 или 60 МэВ*см²/(мг) — насколько это много? Порог сбоя стандартной ячейки памяти в технологии 7 нм находится намного ниже единицы, в 180 нм — в пределах от единицы до десятки. Применение специальной схемотехники позволяет поднять порог, например, до сотни, но обычно разумнее добиться цифры в 15 или 30 единиц, а остатки редких событий отфильтровать с помощью помехоустойчивого кодирования. 60 единиц — это цифра, обычно фигурирующая в требованиях по стойкости к разрушающим эффектам.

 

На геостационарной орбите или на орбитах навигационных аппаратов рисунок 2 обещает нам дозу в несколько сотен крад(Si) — а дозовая стойкость коммерческих микросхем может легко составлять 5-10 крад(Si), то есть ни о каких 10-15 годах активного существования таких чипов на орбите речи быть не может.

 

Военные микросхемы

Занимаясь вопросом развенчания мифов о радстойкости, необходимо обязательно сказать о том, что нельзя ставить знак равенства между «радстойкими», «космическими» и «военными» микросхемами. Не все военные микросхемы — радстойкие, и не все радстойкие — военные. Если мы обратимся к американскому военному стандарту Mil-Std-883 (к американскому, потому что его российский аналог в части радиации засекречен), то мы найдем в нем множество разных тестов на влияние окружающей среды — термоциклирование, влажность, воздух с морской солью и т.д. и т.п.

Радиации касаются следующие пункты:

1017.2 Neutron irradiation
1019.8 Ionizing radiation (total dose) test procedure
1020.1 Dose rate induced latchup test procedure
1021.3 Dose rate upset testing of digital microcircuits
1023.3 Dose rate response of linear microcircuits

Полная доза и мощность дозы. Одиночные эффекты? Никак нет. В техническом задании на микросхему могут фигурировать требования на стойкость к одиночным сбоям и/или тиристорному эффекту, но эти требования не стандартизованы и каждый раз определяются заново, исходя из потребностей конкретных заказчиков каждого чипа. Получается, что статус «military» не является гарантией возможности запустить микросхему в космос? Да, это так. Примером может служить судьба печально знаменитого «Фобос-грунта», гибель которого была вызвана, согласно официальной версии (очень сложно доказуемой, зато очень удобной), попаданием тяжелой заряженной частицы в американскую микросхему памяти класса «military», которая не была стойкой к одиночным сбоям.

 

И, конечно же, не стоит забывать, что вся возня с нежно любимым всеми электронщиками бессвинцовым припоем была затеяна во многом из-за того, что свинец и некоторые другие материалы, применяемые при производстве микросхем, содержат примеси более тяжелых элементов, в частности урана, и их применение приводит к генерации небольшого, но все же хорошо измеримого потока альфа-частиц — прямо около уязвимого кремния. В случае c BGA-корпусами или 3D-сборками — по всей поверхности уязвимого кремния.

_ahp4olkteglxglmk-ypq8qtuqg.png @ hsto.org [кеш]

Хорошая новость — у альфа-частиц достаточно маленькая глубина пробега в кремнии (от единиц до десятков микрон, в зависимости от энергии), и многослойная металлизация помогает уменьшить их влияние. Плохая новость — на низких проектных нормах все альфа-частицы, которые все-таки долетают до кремния, вызывают сбои, и не только одиночные, но и множественные (об этом подробнее чуть ниже). Например, в прошлом году TSMC опубликовали на 2018 IEEE International Reliability Physics Symposium статью об измерении количества сбоев от загрязнения альфа-частицами в памяти по проектным нормам 7 нм, то есть эта проблема продолжает существовать и требовать каких-то действий и в мире, где все перешли на бессвинцовый припой.

 

Attention Required! | Cloudflare

Completing the CAPTCHA proves you are a human and gives you temporary access to the web property. If you are on a personal connection, like at home, you can run an anti-virus scan on your device to make sure it is not infected with malware. If you are at an office or shared network, you can ask the network administrator to run a scan across the network looking for misconfigured or infected devices. Another way to prevent getting this page in the future is to use Privacy Pass. You may need to download version 2.0 now from the Chrome Web Store. //  Дальше — 4pda.to

 

R2uKWo5HsYNiMiZUBPo4PSREpurz0BA.jpg @ ds-assets.cdn.devapps.ru [кеш]

Карты памяти PRO Endurance microSDHC и microSDXC от Samsung предназначены для видеорегистраторов, камер наблюдения и профессиональных видеокамер. Обе разновидности работают на чипах NAND корпоративного класса. Они могут работать при температуре от -25 до +85 по Цельсию и погружаться в воду на глубину до 1 метра на 72 часа. Кроме того, они устойчивы к магнитам и рентгеновским лучам.

Карты microSDHC доступны в конфигурации на 32 и 64 ГБ, имеют скорость чтения до 100 МБ/с, а скорость записи достигает 30 МБ/с. Накопители соответствуют стандартам Class 10, U1 и V10. Модели microSDXC выпускаются в вариантах на 128 и 256 ГБ, соответствуют стандартам Class 10, U3 и V30. Скорость чтения этих карт составляет до 100 МБ/с, записи — до 40 МБ/с. Такие характеристики обеспечивают плавную запись и воспроизведение видео формата Full HD и 4К.

По заверениям Samsung, новые карты способны непрерывно записывать видео на протяжении 16 лет. Для сравнения, за этот же период обычные скорости SD-карты выйдут из строя 33 раза.