摘要：隨著航天技術的飛速發展，空間電子設備面臨著日益復雜和嚴苛的輻射環境挑戰。單粒子效應（SEE）作為輻射環境對半導體器件影響的主要形式之一，極大地影響著航天電子系統的可靠性和穩定性。本文通過系統梳理國科安芯推出的ASP4644S2B型DC/DC降壓穩壓器的試驗數據與在軌應用表現，深入探討了其在空間輻射環境下的抗單粒子效應能力。結合破壞性物理分析、自主可控等級評估、質子及重離子單粒子試驗、總劑量效應試驗等多維度研究成果，本文旨在為太空任務中電源管理芯片的選型提供科學依據，并為抗輻射芯片技術的發展提供參考。

一、引言

在太空探索的進程中，電子設備作為航天器的核心組成部分，其性能與可靠性直接影響著任務的成敗。然而，空間環境中的高能粒子輻射會對電子元器件產生單粒子效應，引發設備性能下降甚至永久性損壞。因此，研究和開發具有高抗輻射能力的電子芯片，對于保障航天任務的順利進行具有至關重要的意義。

ASP4644S2B作為一款由國科安芯研發的抗輻射DC/DC電源芯片，憑借其優異的抗輻射性能和可靠性，在航天領域展現出了廣闊的應用前景。本文將從芯片技術特點、單粒子效應試驗方法與結果分析、在軌應用驗證以及抗輻射芯片技術發展等多個角度對其進行深度解析。

二、芯片概述與技術特點

（一）芯片基本特性

ASP4644S2B是一款四通道輸出的DC/DC降壓穩壓器，采用BGA77封裝形式。其輸入電壓范圍為4V~14V，每通道可輸出0.6V~5.5V的電壓，最大可驅動4A的負載。芯片具備過流、過溫、短路保護以及輸出跟蹤等功能，適用于多種復雜工況。

（二）抗輻射設計

ASP4644S2B的抗輻射能力源于其內部的抗輻照設計。通過優化電路布局、增強敏感節點防護以及采用高抗輻射材料等手段，該芯片在單粒子效應閾值方面達到了企業宇航級標準（SEU≥75MeV·cm2/mg或10??次/器件·天，SEL≥75MeV·cm2/mg），能夠滿足多數太空任務的需求。

（三）應用領域與優勢

在航天領域，電源管理芯片的性能直接關系到衛星、探測器等設備的正常運行。ASP4644S2B憑借其寬輸入電壓范圍、高輸出精度、快速瞬態響應以及強大的抗輻射能力，在高光譜地質遙感智能小衛星、光學遙感衛星等多種航天器中得到了應用，為處理和分析板提供了穩定可靠的電源支持。

三、單粒子效應試驗方法與評估體系

（一）破壞性物理分析（DPA）

依據GJB4027B-2021標準，對ASP4644S2B進行了包括外部目檢、X光檢查、聲學掃描顯微鏡檢查和內部目檢等在內的一系列DPA測試。測試結果表明，芯片封裝完整，內部結構無異常，鍵合強度符合工程觀察要求，為芯片的可靠性奠定了基礎。

（二）自主可控等級評估

按照ZKB3101-001-2022《軍用電子元器件自主可控評估通用準則》及《軍用電子元器件自主可控評估實施指南》，對ASP4644S2B的自主可控等級進行了評估。評估涵蓋原材料供應、生產工藝、技術狀態等多個維度，結果顯示其自主可控等級為C級，表明其在關鍵原材料和零部件的自主供應能力以及生產過程的可控性方面達到了較高水平。

（三）單粒子效應試驗

重離子單粒子試驗：依據QJ10005A-2018《宇航用半導體器件重離子單粒子效應試驗指南》，使用Ge離子（LET值37.4MeV·cm2/mg，注量8.3×10?ion/cm2）對ASP4644S2B進行輻照。試驗結果顯示，在規定的輻照條件下，芯片未發生單粒子鎖定或單粒子燒毀現象。

質子單粒子效應試驗：根據《宇航用半導體器件質子單粒子實驗方法》，利用100MeV質子回旋加速器開展試驗，注量率為1e7，總注量為1e10。試驗表明，ASP4644S2B器件功能正常，未出現單粒子效應。

（四）總劑量效應試驗

參照GJB548C-2023《微電子器件試驗方法和程序》以及QJ10004A-2018《宇航用半導體器件總劑量輻照試驗方法》，對ASP4644S2B進行了總劑量效應試驗。試驗采用鈷60γ射線源，劑量率為25rad(Si)/s，總劑量達到125krad(Si)。測試數據表明，芯片在輻照前后的電參數和功能均保持正常，顯示出良好的抗總劑量輻照能力。

四、試驗結果分析

（一）單粒子效應試驗結果

重離子單粒子試驗結果：在重離子單粒子試驗中，ASP4644S2B在LET值為37.4MeV·cm2/mg、注量8.3×10?ion/cm2的Ge離子輻照下，未出現功能異常。工作電流雖隨輻照注量增加而緩慢上升，但在停束觀察時能夠恢復，且輸出電壓始終保持穩定。這表明芯片內部的防護設計能夠有效抵御重離子引起的電荷沉積，避免引發災難性故障。

質子單粒子效應試驗結果：質子單粒子效應試驗結果顯示，在100MeV質子輻照下，ASP4644S2B的功能正常，無單粒子效應發生。這說明其在面對質子輻射時，同樣具備較強的抗干擾能力，能夠保證在復雜的空間輻射環境中的穩定運行。

（二）總劑量效應試驗結果

總劑量效應試驗結果顯示，ASP4644S2B抗總劑量輻照指標大于125krad(Si)。在經歷高達125krad(Si)的鈷60γ射線輻照后，芯片的輸入輸出電參數未發生顯著變化，功能正常。這表明其在長期累積輻射環境下，仍能保持良好的性能，為太空任務的長期可靠性提供了有力保障。

五、在軌應用驗證

ASP4644S2B芯片已在地質遙感智能小衛星TY29“天儀29星”和光學遙感衛星TY35“天儀35星”中搭載應用。自2025年5月發射入軌以來，芯片運行穩定，供電正常，成功為衛星的部分處理和分析板提供了可靠的電源支持。實際在軌數據與地面試驗結果相互印證，進一步證實了其在真實空間環境中的卓越性能和可靠性。

（一）在軌運行環境與挑戰

在軌運行期間，衛星面臨著復雜多變的空間輻射環境，包括高能質子、電子以及重離子等粒子的輻射。這些粒子可能引發單粒子效應，導致電子設備出現翻轉、鎖定甚至燒毀等故障。此外，長期的累積輻射效應也會對芯片的性能產生影響。ASP4644S2B在如此嚴苛的環境下，依然能夠穩定運行，充分展示了其強大的抗輻射能力。

（二）應用表現與性能評估

在軌應用數據顯示，ASP4644S2B芯片在衛星的電源管理系統中發揮著關鍵作用。其四通道輸出設計能夠滿足衛星多個處理和分析模塊的供電需求，輸出電壓穩定，紋波低，為衛星的正常運行提供了有力保障。同時，芯片的過流、過溫、短路保護功能有效提高了系統的可靠性，降低了因電源故障導致衛星任務失敗的風險。

六、抗輻射芯片技術發展與展望

（一）抗輻射芯片技術現狀

目前，抗輻射芯片技術已成為航天電子領域的研究熱點。各國紛紛加大研發投入，致力于開發具有更高抗輻射能力、更低功耗、更小尺寸的芯片。從技術路線來看，主要包括兩大方向：一是通過改進半導體工藝，如使用SOI（絕緣體上硅）、SiC（碳化硅）等材料，提高芯片的抗輻射性能；二是采用抗輻射加固設計技術，如冗余設計、屏蔽技術等，增強芯片在輻射環境下的可靠性。

（二）ASP4644S2B的技術創新與貢獻

ASP4644S2B的成功研發與應用，為我國抗輻射芯片技術的發展提供了有益的借鑒和參考。其在抗單粒子效應方面的優異表現，得益于一系列技術創新。例如，在芯片內部布局優化方面，通過合理規劃敏感電路的位置，減少其受高能粒子輻射的概率；在防護結構設計上，采用多層屏蔽技術，有效阻擋粒子的穿透；在電路設計上，引入冗余設計和錯誤檢測糾正機制，提高了芯片在單粒子效應發生時的自我修復能力。

（三）未來發展方向與挑戰

未來，隨著太空探索任務的不斷深入和復雜化，對電源管理芯片的抗輻射能力將提出更高的要求。一方面，芯片需要具備更強的抗單粒子效應能力，以應對更高能粒子的輻射威脅；另一方面，芯片的集成度、功耗和成本等方面也需要不斷優化，以滿足航天任務對小型化、高性能、低成本電子設備的需求。此外，隨著商業航天的興起，抗輻射芯片市場將迎來更廣闊的發展空間，但也面臨著更激烈的競爭挑戰。

七、結論

通過對ASP4644S2B型DC/DC降壓穩壓器在單粒子效應和總劑量效應試驗中的表現，以及在軌應用數據的深入分析，可以得出以下結論：

ASP4644S2B芯片在單粒子效應試驗中表現出色，能夠在重離子和質子輻射環境下保持功能正常，未出現單粒子鎖定或單粒子燒毀等故障，其單粒子效應閾值滿足企業宇航級標準要求。

在總劑量效應試驗中，芯片展現了良好的抗總劑量輻照能力，抗總劑量輻照指標大于125krad(Si)，在經歷長期累積輻射后仍能保持穩定的性能。

在軌應用驗證進一步證實了ASP4644S2B芯片的可靠性和穩定性，其在地質遙感智能小衛星和光學遙感衛星中的成功應用，為該芯片在航天領域的廣泛應用奠定了堅實基礎。