CN212159958U - 一种用于辐照损伤评估的加速试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于辐照损伤评估的加速试验装置，包括：侧壁上设置有辐射口的壳体，辐射口设置有玻璃基板，壳体内设置有：试验板，用于承载试验器件，以使辐射射线能够通过辐射口入射至试验器件表面；温度传感器；加热装置；以及温控电路，包括数字比较器以及控制子电路；数字比较器具有第一、第二输入端和输出端，第一输入端接收基准电压，第二输入端接收温度电压，输出端与控制子电路连接；其中，当基准电压大于温度电压时，控制子电路响应于数字比较器的输出端所输出的控制电压来控制加热装置进行加热，使试验器件处于预设试验温度下。采用本实用新型提供的用于辐照损伤评估的加速试验装置，能够开展高温辐照试验，提高辐射试验效率。

Description

一种用于辐照损伤评估的加速试验装置

技术领域

本实用新型涉及微电子器件性能可靠性评估技术领域，特别是涉及一种用于辐照损伤评估的加速试验装置。

背景技术

当应用于卫星、空间站等的电子设备处于辐射环境中时，环境中的α射线、β射线等辐射射线会影响电子设备中电子元器件的正常工作，使电子元器件的参数发生改变，严重时甚至会导致电子元器件损坏、电路失效，导致电子设备不能正常工作。因此，在电子元器件设计和制造过程中，往往需要将电子元器件置于模拟辐射环境中，根据电子元器件在辐射环境下的电学参数变化情况来分析和评估辐射损伤效应。

根据目前国内外的研究结论，双极型器件在低剂量率下的辐射损伤较为明显，甚至普遍高于高剂量率下的辐射损伤。由于低剂量率辐射损伤增强效应(ELDRS)的存在，意味着采用高剂量率辐射(0.5～3Gy(Si)/s)评估双极型器件的抗辐射水平与电子元器件的实际抗辐射能力严重不符，从而给工作于卫星、空间站的电子设备的可靠性带来极大隐患。因此对双极型器件及其电路在低剂量率下的辐射损伤效应成为了行业关注的焦点。

然而，在研究关于双极型器件低剂量率辐射损伤效应时，现有低剂量率双极型器件辐照损伤评估试验，通常是直接在实验室条件下进行常温低剂量辐照，要达到一定的总剂量水平，试验周期较长，所以既不经济又耗时耗力。

因此，需要提供一种能够提高辐射试验效率的用于辐照损伤评估的加速试验装置。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种用于辐照损伤评估的加速试验装置，能够提高辐射试验效率。

为了达到上述目的，本实用新型提出的一种用于辐照损伤评估的加速试验装置，包括：侧壁上设置有辐射口的壳体，辐射口设置有玻璃基板，壳体内设置有：试验板，用于承载试验器件，以使辐射射线能够通过辐射口入射至试验器件表面；温度传感器，用于测量壳体内的温度并输出温度电压；加热装置；以及温控电路，包括数字比较器以及控制子电路；其中，数字比较器具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端用于接收基准电压，第二输入端与温度传感器连接以接收温度电压，输出端用于在基准电压高于温度电压时输出控制电压；控制子电路响应于控制电压以控制加热装置进行加热，使试验器件处于预设试验温度下。

进一步地，控制子电路包括：三端控制器件，三端控制器件的第一端接收地电压，三端控制器件的第二端与加热装置电连接，三端控制器件的第三端与数字比较器的输出端电连接。

进一步地，三端控制器件为三极管，三极管的发射极接收地电压，集电极与加热装置电连接，基极与数字比较器的输出端电连接。

进一步地，壳体内设置有用于容纳温度传感器的第一防护腔。

进一步地，第一防护腔的厚度大于10cm。

进一步地，前述加速试验装置还包括第二防护腔，温控电路容纳于第二防护腔内。

进一步地，第二防护腔位于壳体外。

进一步地，第二防护腔的厚度大于20cm。

进一步地，壳体顶部设置有用于将试验器件放入壳体内的开口。

进一步地，加热装置为电阻式加热丝。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提出的一种用于辐照损伤评估的加速试验装置，在传统试验装置的基础上特别设置了相互配合的温度传感器、加热装置和温控电路，从而能够开展高温辐照试验。因此，相较于直接在实验室条件下进行常温低剂量辐照试验的传统做法，采用本实用新型提供的加速试验装置研究关于双极型器件低剂量率辐射损伤效应时，能够开展高温辐照试验，从而缩短辐照时间、提高试验效率。

尤其是，在每次的试验过程中，可以反复进行试验，因而大大缩短了辐照时间和费用，节约成本，减少不必要的人力、物力损耗。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本实用新型实施例提出的用于辐照损伤评估的加速试验装置的俯视图的结构框图；

图2示出本实用新型实施例提出的用于辐照损伤评估的加速试验装置的正视图的结构框图；

图3示出本实用新型实施例中温控电路的结构示意图。

图中：1、壳体；2、辐射口；3、玻璃基板；4、试验板；5、温度传感器；6、加热装置；7、温控电路；8、支架；9、第一防护腔；10、连通口；11、第二防护腔；12、开口；13、密封盖。

具体实施方式

已有研究结果表明，双极型器件在受到低剂量率辐照时的损伤大于高剂量率辐照后的损伤，即所谓的低剂量率辐射损伤增强效应(ELDRS)。因此，如何开展低剂量辐照损伤试验，是目前双极型器件研究开发工作中面临的难题。但是，在室温下开展低剂量辐照损伤试验，耗时太长。以10^-3rad(Si)/s的剂量率为例，要辐照到100krad(Si)的总剂量水平，辐照时间甚至长达38个月，因此必须探索低剂量率辐照损伤试验的加速方法。

最新研究表明，室温低剂量率(大于0.01rad(Si)/s)辐照、高温辐照、高剂量率辐照后高温退火、变剂量率辐照是目前较常采用的加速方法，尤其高温辐照是目前开展低剂量辐照损伤加速试验更为推荐的方法(具体可参见文献《刘敏波，陈伟等.双极集成电路低剂量率辐射损伤增强效应的高温辐照加速实验[J]，强激光与粒子束，2014，26(3)：214-218.》)。但是现有针对双极型器件的试验装置，只能在室温下开展低剂量辐照损伤试验，因此缺乏一种能够用于辐照损伤评估的加速试验装置。

基于上述问题，本实用新型提供一种用于辐照损伤评估的加速试验装置，能够实现高温辐照而加速低剂量辐照损伤试验。为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面结合优选实施例和附图对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

由图1和图2所示，本实用新型实施例提供的用于辐照损伤评估的加速试验装置，包括：

侧壁上设置有辐射口2的壳体1，辐射口2设置有玻璃基板3，壳体1内设置有：

试验板4，用于承载试验器件(未图示)，以使得辐射射线通过辐射口2入射至试验器件表面；

温度传感器5，用于测量壳体1内的温度并输出温度电压；

加热装置6；以及

温控电路7；

其中，温控电路7包括数字比较器(未图示)以及控制子电路(未图示)，数字比较器具有第一输入端、第二输入端以及输出端，其中第一输入端用于接收基准电压，第二输入端与温度传感器5连接以接收温度电压，输出端用于在基准电压值大于温度电压值时输出控制电压；控制子电路分别连接数字比较器的输出端和加热装置，以接收前述控制电压并根据控制电压控制加热装置6进行加热。

在使用前述加速试验装置对试验器件(即待测电子元器件)进行低剂量率辐照损伤试验时，可以将试验器件安装于壳体1内的试验板4上，打开辐射源，使辐射源射出的辐射射线从壳体1正面射入，穿过玻璃基板3辐射到待测电子元器件上，模拟低剂量率辐射。温度传感器5实时地监测壳体1内的温度并生成相应的温度电压；温控电路7与温度传感器5连接，根据温度传感器5所输出的温度电压来判断当前壳体1内的温度是否满足预设试验温度，若判断结果为不满足，即当前壳体1内的温度低于预设试验温度，则温控电路7会控制加热装置6进行加热，以使得壳体1内的温度升高到预设试验温度，以便于开展辐射试验以进行辐照损伤评估；而若判断结果为满足时，即当前壳体1内的温度等于或高于预设试验温度，则温控电路7不会控制加热装置6进行加热。

因此，采用本实施例提供的加速试验装置，能够实现高温辐照而加速低剂量辐照损伤试验、提高试验效率。而且，在每次的测试过程中，可以反复进行多次试验，大大缩短了辐照时间和费用。经初步估算，试验效率可达现有水平的十倍左右，从而节约了时间成本，减少了不必要的人力、物力损耗。

本实施例对于试验板4不做特别限定。在本实施例具体实施过程中，试验板4可以采用现有试验装置中所常用的试验板4，比如可以采用印刷线路板(PCB)，印刷线路板上安装有用于固定待测电子元器件的插具以及测试试验所需的电阻、电感、电容等元器件。

试验板4具体可以通过支架8固定于壳体1内，支架8尤其可以采用可伸缩型支架，以便于灵活调节试验板4的高度。

支架8的材质可以为铝合金或其他金属材料；壳体1的材质可以为金属。需要说明的是，支架8以及壳体1的材质不仅限于此，本实施例对此不做具体限定。

在壳体1的辐射口2设置透明的玻璃基板3，玻璃基板3可以起到对壳体1的密封作用，并且由于玻璃基板3为通体透明，所以工作人员可以通过玻璃基板3观察壳体1内的试验器件，从而判断辐射源的辐射射线照射方向是否正对试验器件表面。

在本实施例中，温度传感器5最好选择高灵敏度传感器，温度测量误差不超过±2℃。本实施例对于温度传感器5的具体种类及型号不做特别限定，只要能够满足上述要求、完成试验即可，比如可以选用型号为DS18B20的温度传感器产品。

在本实施例具体实施时，温度传感器5所生成的温度电压通过一输入端输入至数字比较器中，而数字比较器的另一输入端则输入基准电压。在这里，基准电压的数值可根据具体试验需求合理设定，本实施例对此不做特别限定。当然，预设试验温度也可以根据试验需求和目的合理设定。不难理解，当温度传感器5所生成的温度电压小于基准电压时，则表明壳体1内的温度没有达到预设试验温度，这时，数字比较器的输出端输出控制电压(可以理解为高电平)，而控制子电路响应于控制电压来控制加热装置6，加热装置6开始加热，从而使壳体1内的温度升高并最终达到预设试验温度，确保低剂量率辐照损伤试验的准确性；而当温度传感器5所生成的温度电压大于或等于基准电压时，则表明壳体1内的温度超过或达到预设试验温度，这时，数字比较器的输出端会输出低电平，则控制子电路响应于低电平的输入，则加热装置6不加热。这样，当壳体1内的温度在未达到预设试验温度时，能够自动进行加热工作，节省了人力，也能够避免对操作人员造成辐射损伤。

在本实施例的一些可选地实现方式中，如图3所示，控制子电路具体可以包括：

三端控制器件，该三端控制器件(图3中的Q1)具有第一端、第二端和第三端。其中第一端接收地电压，第二端与加热装置6电连接，第三端与数字比较器(图3中的H1)的输出端电连接。

具体的，三端控制器件可以为三极管或MOS管。以三极管作为三端控制器件为例，参考图3，三极管的发射极为第一端，接收地电压；三极管的集电极为第二端，与加热装置6电连接；三极管的基极为第三端，与数字比较器(图3中的H1)的输出端电连接。

在本实施例的一些可选地实现方式中，加热装置6可以为电阻式加热丝，而本领域技术人员应知的是，加热装置6不仅限于此，其他具有加热功能的装置也应属于本申请的保护范围内。优选地，加热装置6安装于支架8底部。

在本实施例中，数字比较器的型号具体可为LM339，本领域技术人员应知的是，数字比较器的型号和规格不限于此，其它具有比较功能的数字比较器产品也应属于本申请的保护范围内。

进一步参考图1，优选地，壳体1内设置有用于容纳温度传感器5的第一防护腔9。通过在壳体1内设置第一防护腔9，能够对温度传感器5进行保护，降低辐射射线对温度传感器5的损伤，避免温度传感器5因辐射射线的照射而损坏。

第一防护腔9具体可以选用防辐射材料制成，或者第一防护腔9包括由防辐射材料制成的防辐射层，以对温度传感器5进行有效保护，避免温度传感器5因辐射射线的照射而损坏。示例性的，上述防辐射材料可以为铝、铅合金或其它具有防辐射特性的材料。

在本实施例的一些可选地实现方式中，第一防护腔9的厚度大于10cm，以大幅度减低辐射射线对温度传感器5的损伤，从而实现对于温度传感器5的有效保护，确保温度传感器5获得准确的测量数据。

进一步参考图1，第一防护腔9朝向试验板4的表面上开设有连通口10，以确保第一防护腔9内的温度与壳体1内的温度、尤其是试验板4附近的温度保持一致。本实施例对于连通口10的形状不做特别限定，可以呈方形或者圆形，也可以是其它形状。本实施例对于连通口10的数量也不做特别限定，可以为一个或多个。

不难理解，连通口10的尺寸不宜过大，以避免辐射射线通过此连通口10进入到第一防护腔9内而对其中的温度传感器5造成损害。本实施例中，一般控制连通口10整体的尺寸不超过20cm²，比如在第一防护腔9上开设了一个呈正方形的连通口10，其对角线的长度不大于5cm；再比如在第一防护腔9上开设了两个呈圆形的连通口10，每一连通口10的直径均小于2.5cm。

当然，最好使温度传感器5尽可能地远离连通口10，以避免受到辐射而影响测量精度或甚至发生损害，也避免因连通口10的设置而导致的附近区域温度异常，确保温度传感器5的准确性。

进一步参考图1，在本实施例的一些可选地实现方式中，加速试验装置还包括用于容纳温控电路7的第二防护腔11。具体的，第二防护腔11可以安装于壳体1内，也可以安装于壳体1外。优选地，第二防护腔11位于壳体1外部，第二防护腔11的作用与第一防护腔9的作用近似，具体是为了避免温控电路7因辐射射线的照射而损坏，从而出现无法正常工作的状况。

需要说明的是，温控电路7、温度传感器5、加热装置6之间可以通过无线或者有线的方式进行连接而实现信号传输。示例性的，当温控电路7、温度传感器5、加热装置6之间以有线方式进行连接时，可以在壳体1以及第二防护腔11、第一防护腔9的侧壁处开设引线孔，引线穿过引线孔连接各个器件或装置，从而实现温控电路7、温度传感器5、加热装置6之间的有线连接。为了防止在低剂量率辐照损伤试验的过程中，引线因高温而发生损坏，一般选用耐高温导线作为引线。

第二防护腔11具体可以选择防辐射材料，或者第二防护腔11包括由防辐射材料制成的防辐射层，防止其中的温控电路7因辐射射线的照射而损坏。示例性的，防辐射材料可以为铝、铅合金或其它具有防辐射特性的材料。

在本实施例的一个可选的实施方式中，第二防护腔11的厚度大于20cm，以大幅度降低辐射射线对温控电路7的损伤，从而提高温控电路7的安全性，确保温控电路7正常、稳定工作。

在本实施例的一些可选地实现方式中，如图2所示，壳体1顶部还进一步设置有开口12，方便工作人员将待测电子元器件安装到壳体1内的试验板4上；进一步地，还可以在开口12处设置密封盖13，在试验进行过程中对壳体1进行密封，避免壳体1内的温度受到外界环境影响，确保低剂量率辐照损伤试验的准确性。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种用于辐照损伤评估的加速试验装置，其特征在于，包括：

侧壁上设置有辐射口的壳体，所述辐射口设置有玻璃基板，所述壳体内设置有：

试验板，用于承载试验器件，以使辐射射线能够通过所述辐射口入射至试验器件表面；

温度传感器，用于测量壳体内的温度并输出温度电压；

加热装置；以及

温控电路，包括数字比较器以及控制子电路；

其中，所述数字比较器具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于接收基准电压，所述第二输入端与温度传感器连接以接收所述温度电压，所述输出端用于在基准电压高于温度电压时输出控制电压；所述控制子电路响应于所述控制电压以控制所述加热装置进行加热，使所述试验器件处于预设试验温度下。

2.根据权利要求1所述的加速试验装置，其特征在于，所述控制子电路包括：

三端控制器件，所述三端控制器件的第一端接收地电压，所述三端控制器件的第二端与所述加热装置电连接，所述三端控制器件的第三端与所述数字比较器的输出端电连接。

3.根据权利要求2所述的加速试验装置，其特征在于，所述三端控制器件为三极管，所述三极管的发射极接收地电压，集电极与所述加热装置电连接，基极与所述数字比较器的输出端电连接。

4.根据权利要求1所述的加速试验装置，其特征在于，所述壳体内设置有用于容纳温度传感器的第一防护腔。

5.根据权利要求4所述的加速试验装置，其特征在于，所述第一防护腔的厚度大于10cm。

6.根据权利要求1所述的加速试验装置，其特征在于，所述加速试验装置还包括第二防护腔，所述温控电路容纳于所述第二防护腔内。

7.根据权利要求6所述的加速试验装置，其特征在于，所述第二防护腔位于所述壳体外。

8.根据权利要求6或7所述的加速试验装置，其特征在于，所述第二防护腔的厚度大于20cm。

9.根据权利要求1所述的加速试验装置，其特征在于，所述壳体顶部设置有用于将试验器件放入壳体内的开口。

10.根据权利要求1所述的加速试验装置，其特征在于，所述加热装置为电阻式加热丝。

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