星链计划篇：近地轨道（LEO）下意法半导体的设计思路及产品特点

楼市 2024-11-12 22:51 重庆

设计思路：

### 一、利用既有优势与满足市场需求

1. **依托技术传承与生产线资源** - 凭借超40年的航天领域技术积累和汽车AEC - Q100认证生产线，为开发适用于LEO的IC产品奠定基础。这使得公司能够在成熟的技术和生产工艺框架上进行创新，同时确保产品在质量和可靠性方面有一定保障，能够快速响应市场需求，支持不断增长的低地球轨道卫星市场。

2. **平衡多方面因素的产品定位** - 致力于在满足LEO星座任务需求的同时，实现封装尺寸小、拥有成本低、质量保证高、辐射耐受性强以及大容量生产能力等多项目标之间的平衡。产品既要适应航天应用的严苛环境，又要在成本上具有竞争力，以满足大规模卫星星座建设的需求。

### 二、产品全流程管理

1. **流程与供应链管理** - **严格遵循规范**：整个产品流程和供应链严格符合“ST LEO通用规范”、ST SOP267（成品成熟度管理）以及ST程序8161393（产品开发通用规范）。从设计前端到扩散后端、组装、最终测试、辐射鉴定，再到产品订购与供应，每个环节都有明确的标准和流程可依。 - **优化流程架构**：采用ST专有流程实现从设计到交付的全链路管理，针对小到中等批量生产进行了优化。仅将辐射和编带等环节外包，并由ST Rennes航天认证工厂负责管理，产品鉴定也由该工厂执行，确保产品质量和流程可控性。

2. **产品版本管理** - 定义了不同类型的产品版本以满足不同阶段需求，包括虚拟样品（Dummy samples）用于安装鉴定，开发样品（Development samples）用于评估和开发，飞行模型（Flight Models，FM）则完全符合“ST LEO通用规范”并可交付使用。每个版本在功能、性能保证、辐射硬度保证、测试程度、包装和标记等方面都有明确规定，便于产品在不同开发和应用阶段的管理与使用。

### 三、质量保证体系构建

1. **基于标准的质量控制框架**

- 以AEC - Q100为基础构建质量保证框架，在前端生产采用100%集成器件制造商（IDM）且AEC - Q100认证生产线，后端生产进行多项工艺控制测试，如组装过程中的每批工艺控制、多种测试（包括芯片剪切测试、引线键合拉力测试、球剪切测试、X射线检测、超声扫描显微镜检测等）以及质量检查关卡（如切割后和封装前的光学检查等）。

2. **全面的测试与验证策略** - 进行多方面测试，包括在不同温度范围（如 - 65/+150°C或 - 40/+25/+125°C等）的温度循环测试、生产测试（在多个温度点进行）、环境应力筛选（EWS）以及辐射测试（如总电离剂量TID、总非电离剂量TNID、单粒子效应SEL、SET/SEU/SEFI等）。同时，对产品进行序列化管理和数据记录，确保可追溯性，数据存储时间在前端设计为10年，封装单元为5年，以满足长期质量监控和售后服务需求。

### 四、产品设计与制造的具体措施

1. **设计与验证阶段的考量** - **样品设计与封装选择**：设计验证阶段采用TSSOP20/PSO20/PSO36等封装形式的样品进行组装。在设计过程中充分考虑后续工程和鉴定需求，如通过工作台特性测试、除气测试（依据ASTM E 595标准，控制RML和CVCM指标）、高温工作寿命测试（HTOL）、高温存储寿命测试（HTSL）、环境应力筛选（EWS）、高加速应力测试（UHAST）、温湿度偏置测试（THB）、温度循环测试、可焊性测试、静电放电测试（ESD HBM和ESD CDM）、128h寿命测试以及单粒子效应（SEE）测试（包括TID、TNID等）等一系列测试来验证设计的可行性和可靠性。

2. **制造与控制环节的要点** - **材料与工艺选择**：在制造过程中，芯片贴装采用符合AEC - Q100标准的胶水或焊料预制件，塑封使用环氧树脂，键合采用金线，引脚表面处理为NiPdAu（无晶须，依据ASTM E 595标准进行可焊性和润湿性测试，并对新批次进行50krad（Si）辐射测试，根据芯片类型采用不同剂量率策略）。

- **辐射测试参数设定与控制**：明确辐射测试参数，如TID按MIL - STD - 883 TM 1019标准，TNID为30.1011质子/cm²（按MIL - STD - 883 TM 1017），SEL在125°C下最低保证43 MeV.cm²/mg，SET/SEU测试到62 MeV.cm²/mg，SEFI根据产品类型（如ADC/DAC等）进行测试。同时，晶圆批次验收测试（WLAT）包含EWS + TID + 1000h寿命测试，晶圆厂遵循SOP243可追溯性程序，卷带填充按ST规则每卷最多2批次，在质量保证、数据存储、产品变更和终止等方面都有相应规定和措施，以确保产品在整个生命周期内的质量和可靠性。

### 五、文档支持与客户服务

1. **提供全面的文档资料** - 为客户提供丰富的文档，包括产品规格书（可在st.com获取）、合格证书（CoC，产品交付时提供）、总结鉴定报告（按需提供）、ST LEO通用规范（按需提供）以及产品变更通知/产品终止通知（PCN/PTN，产品变更和终止时）。这些文档详细记录了产品的各项特性、测试结果、质量保证信息等，方便客户了解和使用产品，同时也有助于产品的维护和升级。

2. **明确文档内容与责任界定** - CoC包含客户相关信息、产品详细信息、测试参考信息等，确保产品来源和质量可追溯。总结鉴定报告涵盖产品的一般信息、辐射性能、单粒子效应、测试结果、批次信息以及可追溯性等内容，为客户提供全面的产品质量评估依据。同时，通过重要通知明确公司对产品和文档的管理权利以及客户的责任，如ST有权更改产品和文档，客户在下单前应获取最新信息，且ST对客户产品设计不承担责任等，避免潜在的法律纠纷，保障双方权益。

意法半导体针对低地球轨道（LEO）推出了一系列产品，具有以下特点：### 产品概述

1. **产品类型** - 包括模拟和电源管理集成电路（IC），如电压调节器（V-Reg）、模数转换器（ADC）、低压差分信号（LVDS）驱动器 - 接收器以及各类逻辑门电路（如NAND门、AND门、逆变器、OR门、D型触发器、总线缓冲器等）。

2. **具体产品型号及功能** - **LEO3910**：2A正低压降电压调节器，可在不同电压范围（2.7至3.6V）工作，最大电流2mA（1Msps时钟时），工作温度范围 - 40至 + 125°C，具备总电离剂量（TID，包括高剂量率和低剂量率）、总非电离剂量（TNID）、单粒子效应（SEL和SET）辐射防护能力。

- **LEOAD128**：8通道1Msps 12位ADC，带有8输入多路复用器，工作电压范围2.7至3.6V，工作温度 - 40至 + 125°C，经过TID（高剂量率）辐射测试。

- **LEOLVDSRD**：LVDS驱动器 - 接收器，数据传输速率400Mbps，工作电压3至12V，电压降350mV（Iout = 400mA时），工作温度 - 40至 + 125°C，通过TID（高剂量率）和SEL辐射测试。

- **LEOAC系列逻辑门电路**：包括LEOAC00（Quad 2 - input NAND gate）、LEOAC08（Quad 2 - input AND gate）、LEOAC14（Hex inverter）、LEOAC32（Quad 2 - input OR gate）、LEOAC74（Dual D - type flip - flop）、LEOAC244（Octal bus buffer）等，工作电压2至6V，传播延迟8ns（部分不同），工作温度 - 40至 + 125°C，均经过TID（高剂量率）和SEL辐射测试。

### 产品特点

1. **成本效益** - 具有较低的拥有成本，为低地球轨道卫星星座提供了经济高效的解决方案。

2. **辐射耐受性** - 经过辐射验证，在总电离剂量（TID）和单粒子效应（SEE）方面表现良好。TID可达50krad（Si），高剂量率为40krad（Si/h），低剂量率为10mrad（Si）/s；TNID为3.10¹¹质子/cm²；在62.5MeV.cm²/mg能量下可保证无SEL，SET特性可表征到62.5MeV.cm²/mg。

3. **质量保证** - 基于AEC - Q100框架，有统计过程控制，保证单厂供应源，遵循“ST - LEO - Generic - Specification for ICs”规范，具备专用的鉴定级别、筛选和可追溯性。

4. **封装特性** - 采用塑料封装，引脚表面处理为NiPdAu（无晶须），符合太空放气要求（RML恢复质量损失<1%，CVM收集的挥发性可冷凝材料<0.1%），封装尺寸小，有多种封装形式（如PowerS0 - 20、TSSOP - 20等）。

5. **温度适应性** - 产品在 - 40/+25/+125°C三个温度下进行测试，能够适应低地球轨道卫星的温度变化环境，确保在宽温度范围内稳定工作。

6. **产品版本多样** - 有虚拟样品（Dummy samples）用于安装鉴定，开发样品（Development samples）用于评估和开发，飞行模型（Flight Models）符合“ST - LEO - Generic - Specification for ICs”规范，可满足不同阶段的需求。

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