宇航级芯片因其在极端太空环境中的高要求和技术特性,被定义为专为太空应用设计的电子产品。例如,它们必须能够抵御太空中的高能粒子、宇宙射线带来的辐射影响,同时还要应对极端的温度变化和缺乏有效散热的挑战。这些因素导致宇航级芯片的技术标准远超普通电子产品,例如,Xilinx的XQR5VFX130-1CF1752V等型号芯片的价格高昂,每片售价超过120万人民币。
然而,SpaceX发射的49颗星链卫星中有40颗遭遇地磁暴坠毁事件并非芯片本身问题,而是由于卫星的部署策略和低轨道的大气环境。这些卫星先被发射至低轨道,然后自行变轨,这增加了遭遇地磁暴的概率。尽管如此,这再次强调了宇航级芯片在太空任务中的关键作用,以及其技术复杂性和对高可靠性的需求。
宇航级芯片与普通芯片最大的区别就是可靠性指标不同。
宇航级芯片会面对非常复杂的空间环境,空间环境主要是强辐射空间环境,辐射源主要来自于宇宙射线、太阳耀斑辐射、围绕地球的内外范艾伦辐射带,此外还有太阳风、极光、太阳X射线以及频谱范围较宽的电磁辐射,主要由高能质子、高能电子、X射线等组成。半导体器件(芯片)对这些辐射非常敏感,轻则错误翻转,重则损伤失效。
为了最大程度避免和减少空间辐射环境对芯片的干扰和损伤,需要进行抗辐射加固、抗单子加固等的加固设计(工艺层面和设计层面)。为了验证以上加固性能,需要在地球环境中模拟空间辐射环境进行试验和验证,比如,抗总剂量试验、抗单粒子翻转试验、抗单粒子锁定试验等。
除了以上简单描述的空间辐射环境的干扰以外,还需要抵御极限加速度、极限冲击、极限拉力、极限温度、极限腐蚀环境等影响。为了抵御这些特殊极限环境影响,宇航级芯片需要完成特殊封装工艺的加固及试验验证,比如,离心试验、冲击试验、温循试验、盐雾试验、水汽试验、拉力试验等等。
以上所有试验都需要重点装备、重点实验室的投入和建设,比如要完成单粒子试验,就需要粒子加速器的建设及支撑,科研投入是非常巨大的。