專利名稱：抗單粒子效應(yīng)輻射屏蔽件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種抗輻射屏蔽件，它能夠降低空間輻射環(huán)境對航天器電子學(xué)器件產(chǎn)生的單粒子效應(yīng)程度，減少其危害。
運行于太空的航天器必然遭遇到空間輻射環(huán)境的危害。航天器的電子學(xué)器件，特別是邏輯電路，會因為空間高能帶電粒子的轟擊，而使得其邏輯狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，稱為單粒子翻轉(zhuǎn)；甚至?xí)绊懫骷碾娐?，使得器件工作電流急劇增大，發(fā)生單粒子鎖定和單粒子燒毀。以上這些來源于空間輻射環(huán)境影響的效應(yīng)，總稱為單粒子效應(yīng)。但粒子效應(yīng)的危害表現(xiàn)為 單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU)，半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)是P-N結(jié)，當(dāng)高能粒子穿過P-N結(jié)中的耗盡層時，沿粒子的徑跡會形成電離所造成的大量電子和空穴對，在P-N結(jié)上電場的作用下，電子和空穴分別向正、負(fù)極遷移形成一個電脈沖，如同在線路中一個外加信號，倘若產(chǎn)生的電荷足夠多，即對應(yīng)的信號足夠強(qiáng)，即能使其邏輯狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，在芯片中發(fā)生的單粒子翻轉(zhuǎn)本身是一個“軟”事件，它并未造成芯片的損壞，甚至連它的功能都沒有改變，只是改變了工作狀態(tài)，因此有時稱這種錯誤為“軟錯誤”。如果是發(fā)生在數(shù)據(jù)存儲單元，僅造成誤碼。但是，如果發(fā)生在運行程序中的一個存儲單元，或是在執(zhí)行部件(如中央處理器CPU)中發(fā)生，將導(dǎo)致程序運行混亂，導(dǎo)致計算機(jī)無法工作，后果十分嚴(yán)重。 單粒子鎖定(SEL)，當(dāng)高能的粒子觸發(fā)體硅CMOS電路的寄生可控硅結(jié)構(gòu)時，倘若寄生的縱向和橫向P-N-P及N-P-N晶體管的增益乘積大于1，當(dāng)注入的觸發(fā)電流足夠大，電源又能提供足夠大的電流以維持可控硅導(dǎo)通狀態(tài)時就會從電源到地形成一個低阻通路則造成鎖定，使器件功耗增大，時間一長造成器件燒毀，使儀器、設(shè)備失效，后果極為嚴(yán)重。
為解決，或者減少單粒子效應(yīng)的危害，一般的辦法是屏蔽加固和電子學(xué)加固。屏蔽加固一般依靠航天器艙壁或者衛(wèi)星蒙皮的總體加厚，以及儀器機(jī)殼和器件本身的一般封裝，一般來說，總體加厚效率低，且對單粒子效應(yīng)估計可能不準(zhǔn)確，因為輻射的次級效應(yīng)甚至使得防護(hù)無效或者效果更壞，儀器和器件本身沒有特殊的設(shè)計；電子學(xué)加固主要是器件級上的制造工藝加固，以及設(shè)備級上的系統(tǒng)加固，主要是通過計算機(jī)軟件、硬件的糾錯實現(xiàn)的。器件級加固，費用高，且不可能完全避免單粒子效應(yīng)；系統(tǒng)級加固，可以收到較好的效果，但是對于強(qiáng)輻射下的單粒子翻轉(zhuǎn)有效率不足夠的情況發(fā)生，對于單粒子鎖定無法盡可能防護(hù)，只能被動地限流，解鎖困難。
本實用新型的目的是要提供一種抗單粒子效應(yīng)的輻射屏蔽件，對指定器件或者系統(tǒng)進(jìn)行加固，它能夠有效地減少單粒子效應(yīng)的危害，比如減少單粒子翻轉(zhuǎn)率，減少甚至避免單粒子鎖定，綜合應(yīng)用本設(shè)計，再配合其他設(shè)計，可以相對成功地對付單粒子效應(yīng)，滿足各類航天器在軌正常工作的要求。
本實用新型的設(shè)計思想是因為器件遭遇高能帶電粒子發(fā)生單粒子效應(yīng)是有條件的，根據(jù)具體軌道上的空間輻射環(huán)境，考慮具體器件，設(shè)計屏蔽體，使得器件盡量少地遭遇敏感粒子和敏感粒子狀態(tài)。如通過屏蔽，使得粒子無法達(dá)到器件，或者到達(dá)時能量和線性能量傳輸不足以引發(fā)單粒子效應(yīng)；合適地選取屏蔽，使得次級粒子的危害不足以或者盡量少地引發(fā)單粒子效應(yīng)。通過計算，針對1000Km以內(nèi)的太陽同步軌道(其他軌道可以根據(jù)需要設(shè)計)和指定器件提出本實用新型。
本實用新型是由白陶瓷、單面鍍鋁聚酰胺膜組成，它的結(jié)構(gòu)是層狀疊裝膠結(jié)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等重金屬。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)圖圖2是本實用新型的安裝示意圖
以下結(jié)合附
圖1詳細(xì)說明本實用新型，
圖1中1是白陶瓷，2是單面鍍鋁聚酰胺薄膜，鋁膜在上，白陶瓷和單面鍍鋁聚酰胺薄膜層狀疊裝膠結(jié)，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等重金屬。圖2是本實用新型的安裝示意圖，3是電路板，4是抗單粒子效應(yīng)輻射屏蔽件。
針對1000Km以內(nèi)的太陽同步軌道(其他軌道可以根據(jù)需要設(shè)計)和指定器件的屏蔽件，鋁膜厚度為0．1-0．5mm，白陶瓷厚度為6毫米最佳。厚度和成分是設(shè)計關(guān)鍵。本實用新型可以根據(jù)需要，利用框架結(jié)構(gòu)支撐，安裝于電路板器件表面，見圖2；即將抗單粒子效應(yīng)輻射屏蔽件4用航天用粘性膠(如502膠)貼覆在電路板器件3的表面，在此狀態(tài)下，只用白陶瓷，不用單面鍍鋁聚酰亞胺薄膜，且應(yīng)當(dāng)注意器件表面材質(zhì)(如白陶瓷、黑陶瓷、塑料等)，以避免粘性膠對材質(zhì)的影響。
本實用新型分別適用于器件級和系統(tǒng)級加固抗單粒子效應(yīng)，質(zhì)量輕10g／片(20×10×6)；體積小，可以根據(jù)需要安裝，通過驗證，本實用新型能夠有效地抗單粒子效應(yīng)，減少單粒子翻轉(zhuǎn)程度。
權(quán)利要求1.一種抗單粒子效應(yīng)輻射屏蔽件，其特征在于由白陶瓷、單面鍍鋁聚酰胺膜組成，它的結(jié)構(gòu)是層狀疊裝膠結(jié)而成；白陶瓷的成分是Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3、Cu、Ti重金屬構(gòu)成，組分是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重金屬。
2.按權(quán)利要求1所述抗單粒子效應(yīng)輻射屏蔽件，其特征在于單面鍍鋁聚酰胺薄膜鋁膜厚度為0．1-0．5mm，白陶瓷厚度為6毫米。
專利摘要抗單粒子效應(yīng)輻射屏蔽件,涉及一種抗輻射屏蔽屏蔽件,它能夠降低空間輻射環(huán)境對航天器電子學(xué)器件產(chǎn)生的單粒子效應(yīng)程度,減少其危害。由白陶瓷、單面鍍鋁聚酰胺薄膜組成,它的結(jié)構(gòu)是層狀疊裝;白陶瓷由Al
文檔編號B64G1/54GK2427435SQ00231958
公開日2001年4月25日 申請日期2000年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月21日
發(fā)明者林云龍, 蔡金榮 申請人:中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心