Modeling of systems and processes

Моделирование систем и процессов

2219-0767

55619

10.12737/2219-0767-2022-15-4-94-105

Технические науки

Diagnostics of complex-functional ECB during radiation resistance tests

Диагностика сложно-функциональной ЭКБ при проведении испытаний на радиационную стойкость

Яньков

Андрей Ильич

Yankov

A. Il'ich

ООО "НПП "Детектор" Россия LLC «SPE Detector» Russian Federation

13 12 2022

15 4 94 105 12 12 2022

https://naukaru.ru/en/nauka/article/55619/view

Ионизирующее излучение космического пространства провоцирует появление радиационных эффектов в электронной компонентной базе (ЭКБ) космических аппаратов. Возникающие радиационные эффекты зависят от используемых полупроводниковых структур. Поэтому тема работы, связанная с диагностикой ЭКБ при проведении испытаний на радиационную стойкость, является актуальной. В статье рассмотрены примеры диагностики таких сложно-функциональных микросхем, как микроконтроллер и процессорная система на кристалле. Алгоритм функционального контроля испытываемой микросхемы включает в себя тестирование внутрикристального ОЗУ, АЦП, ядра микросхемы (АЛУ), последовательных интерфейсов UART, SPI. После проведенного анализа функциональных возможностей микросхемы и возможностей испытательных установок и вспомогательной аппаратуры, было принято решение использовать методику двойного контроля. Данная методика при проведении испытаний сложно-функциональных изделий электронной техники обеспечивает контроль статических параметров микросхемы и функциональный контроль одного ядра по заданному алгоритму. Для контроля микросхем в процессе испытаний на радиационную стойкость был разработан блок функционального контроля, включающий в себя специализированную тестирующую плату и реализующую различные режимы тестирования ОЗУ (запись, хранение, циклическое чтение информации).

The ionizing radiation of outer space provokes the appearance of radiation effects in the electronic component base (ECB) of spacecraft. The resulting radiation effects depend on the semiconductor structures used. Therefore, the topic of work related to the diagnosis of electronic components during testing for radiation resistance is relevant. The article discusses examples of diagnostics of such complex functional microcircuits as a microcontroller and a processor system on a chip. The functional control algorithm of the tested microcircuit includes testing the on-chip RAM, ADC, microcircuit core (ALU), UART, SPI serial interfaces. After the analysis of the functional capabilities of the microcircuit and the capabilities of test facilities and auxiliary equipment, it was decided to use the double control technique. This technique, when testing complex-functional products of electronic technology, provides control of the static parameters of the microcircuit and functional control of one core according to a given algorithm. To control microcircuits during radiation resistance testing, a functional control unit was developed, which includes a specialized testing board and implements various RAM testing modes (writing, storing, cyclic reading of information).

Электронная компонентная база СБИС КМОП-технология радиационная стойкость испытания.

Electronic component base VLSI CMOS technology radiation resistance testing

Булгаков, Н.Н. Методические особенности испытаний электронных модулей, содержащих мощные МОП-транзисторы, на стойкость к необратимым эффектам одиночных событий / Н.Н. Булгаков, В.Ф. Зинченко, И.Е. Сидоренко // Вопросы атомной науки и техники. Серия: физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2021. - № 1. - С. 12-16.

Bulgakov, N.N. Metodicheskie osobennosti ispytaniy elektronnyh moduley, soderzhaschih moschnye MOP-tranzistory, na stoykost' k neobratimym effektam odinochnyh sobytiy / N.N. Bulgakov, V.F. Zinchenko, I.E. Sidorenko // Voprosy atomnoy nauki i tehniki. Seriya: fizika radiacionnogo vozdeystviya na radioelektronnuyu apparaturu. - 2021. - № 1. - S. 12-16.

Особенности подготовки и проведения исследований образцов интегральной схемы в сложно-корпусном исполнении BGA FLIP-CHIP / А.Е. Козюков, Н.Ю. Шульга, С.А. Яковлев [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия: физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2021. - № 3. - С. 33-43.

Osobennosti podgotovki i provedeniya issledovaniy obrazcov integral'noy shemy v slozhno-korpusnom ispolnenii BGA FLIP-CHIP / A.E. Kozyukov, N.Yu. Shul'ga, S.A. Yakovlev [i dr.] // Voprosy atomnoy nauki i tehniki. Seriya: fizika radiacionnogo vozdeystviya na radioelektronnuyu apparaturu. - 2021. - № 3. - S. 33-43.

Таперо, К.И. Проблемные вопросы оценки стойкости электронной компонентной базы к воздействию поглощенной дозы ионизирующего излучения космического пространства / К.И. Таперо // Вопросы атомной науки и техники. Серия: физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2021. - № 4. - С. 5-14.

Tapero, K.I. Problemnye voprosy ocenki stoykosti elektronnoy komponentnoy bazy k vozdeystviyu pogloschennoy dozy ioniziruyuschego izlucheniya kosmicheskogo prostranstva / K.I. Tapero // Voprosy atomnoy nauki i tehniki. Seriya: fizika radiacionnogo vozdeystviya na radioelektronnuyu apparaturu. - 2021. - № 4. - S. 5-14.

The effect of outer space radiation on the operation of BOKZ devices during their long-term operation / R.V. Bessonov, A.A. Kobeleva, A.N. Kurkina [et al.] // Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. - 2019. Vol. 16(5). - Pp. 85-96. - DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-5-85-96.

Reliability assessment and failure mode analysis of MEMS accelerometers for space applications / I. Marozau, M. Auchlin, V. Pejchal [et al.] // Microelectronics Reliability. - 2018. - Vol. 88-90. - Pp. 846-854. - DOI: 10.1016/j.microrel.2018.07.118.

Яньков, А.И. Особенности испытаний современных СБИС и формирование требований к параметрам-критериям годности ИЭТ / А.И. Яньков // Элементная база отечественной радиоэлектроники : сборник трудов I Российско-Белорусской конференции, посвященной 110-летию со дня рождения О.В. Лосева. - М., 2013. - С. 65-66.

Yan'kov, A.I. Osobennosti ispytaniy sovremennyh SBIS i formirovanie trebovaniy k parametram-kriteriyam godnosti IET / A.I. Yan'kov // Elementnaya baza otechestvennoy radioelektroniki : sbornik trudov I Rossiysko-Belorusskoy konferencii, posvyaschennoy 110-letiyu so dnya rozhdeniya O.V. Loseva. - M., 2013. - S. 65-66.

Оценка показателей надежности космических аппаратов в условиях неполных данных / М.И. Ломакин, А.В. Сухов, А.В. Докукин, Ю.М. Ниязова // Космические исследования. - 2021. - Т. 59, № 3. - С. 235-239. - DOI: 10.31857/S0023420621030080.

Ocenka pokazateley nadezhnosti kosmicheskih apparatov v usloviyah nepolnyh dannyh / M.I. Lomakin, A.V. Suhov, A.V. Dokukin, Yu.M. Niyazova // Kosmicheskie issledovaniya. - 2021. - T. 59, № 3. - S. 235-239. - DOI: 10.31857/S0023420621030080.

Особенности испытаний и оценки радиационной стойкости комплексированных изделий ЭКБ / Д.В. Печенкина, Д.В. Бойченко, А.В. Согоян [и др.] // Наноиндустрия. - 2020. - Т. 13, № S4 (99). - С. 295-297. - DOI: 10.22184/1993-8578.2020.13.4s.295.297.

Osobennosti ispytaniy i ocenki radiacionnoy stoykosti kompleksirovannyh izdeliy EKB / D.V. Pechenkina, D.V. Boychenko, A.V. Sogoyan [i dr.] // Nanoindustriya. - 2020. - T. 13, № S4 (99). - S. 295-297. - DOI: 10.22184/1993-8578.2020.13.4s.295.297.

Impact of Electrical Stress on γ Ray Irradiated Double Polysilicon Self-Aligned (DPSA) PNP Bipolar Transistors / P. Zhang, K. Zhu, W.Chen [et al.] // IEEE Transactions on Device and Materials Reliability. - 2019. - Vol. 19(3). - Pp. 494-500. - C. 8737707. - DOI: 10.1109/TDMR.2019.2923170.

10.

Ganesan, D. Effect of Solar Irradiation on Thermal Performance of Heatsink - Numerical and Experimental Study / D. Ganesan, V. Ramalingam // IEEE Transactions on Components. Packaging and Manufacturing Technology. - 2021. - Vol. 11(9). - Pp. 1471-1479. - C. 9514576. - DOI: 10.1109/TCPMT.2021.3105256.

11.

Зольников, В.К. Особенности выбора оптимального состава контролируемых параметров-критериев годности / В.К. Зольников, А.И. Яньков, В.П. Крюков / Радиационная стойкость электронных систем «Стойкость - 2016» : сборник тезисов докладов 19 Всероссийской научно-практической конференции по радиационной стойкости электронных систем. - Лыткарино, 2016. - С. 47-50.

Zol'nikov, V.K. Osobennosti vybora optimal'nogo sostava kontroliruemyh parametrov-kriteriev godnosti / V.K. Zol'nikov, A.I. Yan'kov, V.P. Kryukov / Radiacionnaya stoykost' elektronnyh sistem «Stoykost' - 2016» : sbornik tezisov dokladov 19 Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii po radiacionnoy stoykosti elektronnyh sistem. - Lytkarino, 2016. - S. 47-50.

12.

Оценка воздействия ионизирующих излучений на электронные компоненты по результатам испытаний ограниченных выборок / М.М. Венедиктов, Е.С. Оболенская, В.К. Киселев, С.В. Оболенский // Журнал радиоэлектроники. - 2017. - № 1. - С. 7.

Ocenka vozdeystviya ioniziruyuschih izlucheniy na elektronnye komponenty po rezul'tatam ispytaniy ogranichennyh vyborok / M.M. Venediktov, E.S. Obolenskaya, V.K. Kiselev, S.V. Obolenskiy // Zhurnal radioelektroniki. - 2017. - № 1. - S. 7.

13.

Study the effect of space radiation on ISO-type multijunction solar cells / B.R. Uma, S. Krishnan, V. Radhakrishna, M. Sankaran // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. - 2021. - Vol. 32(10). - Pp. 14014-14027. - DOI: 10.1007/s10854-021-05977-5.

14.

Litvinenko, R.S. Methods for increasing the radiation resistance of 3D integration memory modules for aerospace applications / R.S. Litvinenko, I.V. Prokofiev, V.M. Matveev // International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering. - 2019. - Vol. 8(12). - Pp. 3551-3553. - DOI: 10.35940/ijitee.L2628.1081219.

15.

Кривов, А.С. Методическое и техническое обеспечение испытаний изделий электронной промышленности на стойкость к электростатическим разрядам и одиночным импульсам напряжения / А.С. Кривов, В.А. Тухас, А.И. Яньков // Петербургский журнал электроники. - 2017. - № 2-3 (87-88). - С. 111-116.

Krivov, A.S. Metodicheskoe i tehnicheskoe obespechenie ispytaniy izdeliy elektronnoy promyshlennosti na stoykost' k elektrostaticheskim razryadam i odinochnym impul'sam napryazheniya / A.S. Krivov, V.A. Tuhas, A.I. Yan'kov // Peterburgskiy zhurnal elektroniki. - 2017. - № 2-3 (87-88). - S. 111-116.

16.

Radiation response of distributed feedback bragg gratings for space applications / A. Morana, E. Marin, S. Girard [et al.] // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2020. - Vol. 67(1). - Pp. 284-288. - C. 8908801. - DOI: 10.1109/TNS.2019.2954575.

17.

Русанов, В.Н. Возможности качественного улучшения отказоустойчивости, надежности и радиационной стойкости бортовых вычислительных систем / В.Н. Русанов // Авиакосмическое приборостроение. - 2021. - № 4. - С. 22-30. - DOI: 10.25791/aviakosmos.4.2021.1214.

Rusanov, V.N. Vozmozhnosti kachestvennogo uluchsheniya otkazoustoychivosti, nadezhnosti i radiacionnoy stoykosti bortovyh vychislitel'nyh sistem / V.N. Rusanov // Aviakosmicheskoe priborostroenie. - 2021. - № 4. - S. 22-30. - DOI: 10.25791/aviakosmos.4.2021.1214.

18.

Litvinenko, R.S. Development of software for measuring the electrical characteristics of the information storage micromodule with increased radiation resistance / R.S. Litvinenko, V.M. Matveev // International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering. - 2019. - Vol. 8(12). - Pp. 53-55. - DOI: 10.35940/ijitee.L2491.1081219.

19.

Никофоров, А.Ю. Радиационные эффекты в КМОП ИС / А.Ю. Никифоров, В.А. Телец, А.И. Чумаков. - М.: Радио и связь, 1994. -164 с.

Nikoforov, A.Yu. Radiacionnye effekty v KMOP IS / A.Yu. Nikiforov, V.A. Telec, A.I. Chumakov. - M.: Radio i svyaz', 1994. -164 s.

20.

ОСТ 134-1044-2007 Аппаратура, приборы, устройства и оборудование космических аппаратов. Методы расчета радиационных условий на борту космических аппаратов и установления требований по стойкости радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов к воздействию заряженных частиц космического пространства естественного происхождения. - М. : ЦНИИмаш, 2007. - 179 с.

OST 134-1044-2007 Apparatura, pribory, ustroystva i oborudovanie kosmicheskih apparatov. Metody rascheta radiacionnyh usloviy na bortu kosmicheskih apparatov i ustanovleniya trebovaniy po stoykosti radioelektronnoy apparatury kosmicheskih apparatov k vozdeystviyu zaryazhennyh chastic kosmicheskogo prostranstva estestvennogo proishozhdeniya. - M. : CNIImash, 2007. - 179 s.

21.

Подход к тестированию сложно-функциональных микросхем примененный при испытаниях двухпроцессорной системы на кристалле на базе ядер 32-разрядных процессоров ЦОС / А.И. Яньков, А.В. Ачкасов, К.В. Зольников [и др.] / Элементная база отечественной радиоэлектроники : сборник трудов I Российско-Белорусской конференции, посвященной 110-летию со дня рождения О.В. Лосева. - М., 2013. - С. 96-99.

Podhod k testirovaniyu slozhno-funkcional'nyh mikroshem primenennyy pri ispytaniyah dvuhprocessornoy sistemy na kristalle na baze yader 32-razryadnyh processorov COS / A.I. Yan'kov, A.V. Achkasov, K.V. Zol'nikov [i dr.] / Elementnaya baza otechestvennoy radioelektroniki : sbornik trudov I Rossiysko-Belorusskoy konferencii, posvyaschennoy 110-letiyu so dnya rozhdeniya O.V. Loseva. - M., 2013. - S. 96-99.