可靠度設計系列連載第10回－抗輻射（照）設計準則 Radiation resistant
日本311大地震時候，幅射損壞了核電廠的冷卻設備，導致爐心熔毀、放射線釋放等核能災害事件，可見電子產品對抗輻射設計的重要性。
這裡所說的輻射（或者輻照）是指“核輻射”和“空間輻射”。這是兩種能夠對電子產品造成傷害的外部環境因素。
核輻射環境
*核輻射環境，又分為“核爆炸環境”和“核動力環境”。
*核爆炸環境：核武器爆炸時產生的大量高能粒子和強烈的電磁輻射、光輻射、衝擊波等稱為核爆炸環境；
*核動力環境：裝有“核能源”的核電站、核潛艇等，在其內部也存在一定程度的核輻射，稱為核動力環境（本文特指核動力環境）。
*核輻射環境的危害機理：核輻射環境中的高能粒子的種類，雖然很多，但其中的大部分，例如，α射線、β射線、x射線等，容易被空氣和其他介質吸收，或者被設備的殼體所遮罩，不會對電子設備及其元器件造成致命的傷害。對電子設備及其元器件威脅最大的主要是高能中子流和γ射線，因為二者很難被其他物質吸收，而且穿透能力極強。
*當電子設備受到不帶電的中子轟擊後，會使原子核在晶格中的位置發生變化，稱為“位移效應”，從而造成元器件的性能發生永久性的惡化。
*γ射線對微電子器件的照射，會導致其內部產生“電離效應”。電離產生的自由電子和空穴“對”，在電場的作用下會形成寄生電流，使電子產品的性能惡化。例如，使鉭電容的電容量下降、漏電流增加；使二極體的反向漏電流增加、反向耐壓下降；使工作在線性區的三極管飽和，甚至被燒毀，等等。
空間輻射環境
空間輻射環境，主要指宇宙射線。在外太空存在著多種高能射線，統稱為宇宙射線。由於地磁場具有對外太空帶電粒子的俘獲作用，在地球的周圍形成一個由高能粒子構成的輻射帶，稱為“範艾倫”輻射帶，它又可分為“內帶”和“外帶”。內帶在距地球約600Km至6,000Km的高空，主要由帶正電的高能質子組成，對中、低軌道的人造衛星構成威脅；外帶在距地球約2萬公里至6萬公里的高空，主要由帶負電的高能電子組成，對高軌道的人造衛星構成威脅。高能質子和電子都能造成微電子器件內部的“電離效應”，高能質子還能造成原子的“位移效應”，也稱為“單粒子效應”。
抗輻射（照）設計
當前，隨著“核能技術”的發展及應用，核電站遍佈世界各地、核動力潛艇和航母遊弋在各大海洋中、裝載著核彈的戰略轟炸機翱翔在藍天之上、裝有核彈頭的導彈部署在各軍事要地。另外，隨著“太空經濟”（與太空探索和太空開發相關的產品與服務：太空資源利用、太空工業、太空農業、太空旅遊等）時代的到來，各經濟大國都在大力發展自己的空間技術，各式各樣的人造衛星和空間飛行器相繼發射升空。
在所有這些核裝置和空間飛行器的內部裝載了大量的電子設備。就是說，有大量的電子設備工作在具有核輻射和空間輻射的環境之中，而且還要保證這些設備能夠正常地工作，這就是抗輻射（照）設計的問題。核技術、空間技術都是專門的技術領域，電子設備的設計師們不可能同時掌握這些高深的技術，但要做到如下兩點：
① 要清楚地知道自己的產品在未來的應用環境中可能遭遇到的輻射類型、輻射強度、以及對自己的產品會造成哪些危害；
② 設計師在深入瞭解了危害機理的基礎上，提出相應的技術措施並落實在產品的設計中，使自己的產品免遭這些危害，從而保證在輻射（照）環境中能夠正常地工作。
*以往，由於保密的緣故，有關抗輻射（照）的設計資料極其稀少。下面是根據收集到的零星材料經過歸納、整理後形成的參考條款：
*由以上的輻射環境說明可知，輻射環境對電子產品的作用機理，主要表現為電離效應和位移效應（單粒子效應）。
*目前，最有效的防護措施首推物理遮罩，器件的管殼、設備外殼、飛行器的蒙皮等，都可對輻射起到一定的遮罩作用。其關鍵是，要找到能夠削弱輻射影響的遮罩材料。金屬管殼只能遮罩能量較低的帶電粒子，但不能遮罩不帶電的中子。鉛和鐵可以用來防護多種射線，但由於重量的關係，又不宜作為封裝材料使用。一般認為，聚乙烯、“矽酮樹脂”是比較好的抗輻射封裝材料。
*有時候，電子設備中存在個別“特別敏感”的器件，如果根據該器件的敏感度來設計設備的整體防護，會導致設備的體積、重量和成本的大幅度增加，有時甚至是無法接受的。此時，可降低對整體防護的要求，滿足適度的防護指標即可，而對個別“特別敏感”的器件採取局部加固的防護措施。既降低了對整機設備的防護要求，又保證了“特別敏感”器件的特殊需求。
*開展“抗輻射加固”設計，就是要確保產品在規定的輻射環境下能夠正常地工作、完成規定的功能，通常的做法是：
① 選擇抗輻射能力強的原材料、元器件（“抗輻射加固”元器件）。
② 開展抗輻射加固電路的研究：在電路設計中採取補償、分流、限流等多種技術措施來預防過大的暫態光電流；採用深度回饋技術，穩定電路參數；採用差分輸入電路，抑制共模干擾；選擇合適的工作點，提高電路的“容差”能力，等等。
③ 合理的結構佈局：在對輻射環境和產品工作狀態進行認真分析的基礎上，找出產品內部對輻射最敏感的部位和器件。在進行結構佈局設計時，使其避開輻射最強的方向。
④ 採取物理遮罩措施，塗敷抗輻射塗層。
將上述措施具體化，就是“抗輻射設計準則”