KR20200108472A - 전자 부품 장치 - Google Patents

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Abstract

전자 부품 장치는, 방사선을 받으면 전하를 발생시켜서 방사선의 에너지를 잃게 하는 부재로 형성된 하우징과,, 하우징에 수납된 전자 부품을 구비한다. 상기 부재는, PN 접합을 가지는 반도체 소자 부재이다. 전자 부품은, 전원에 접속하는 전원 단자와, 그라운드에 접속하는 그라운드 단자를 구비하고, 있다. 하우징의 제 1 부위가 전원과 전원 단자를 연결하는 전기 경로에 접속되고, 하우징의 제 2 부위가 그라운드와 그라운드 단자를 연결하는 전기 경로에 접속되어도 된다. 하우징에 미리 정한 판정값 이상의 크기의 전류가 흘렀을 때에 전원으로부터 전자 부품에 공급되는 전원 전압을 저하시키는 전원 제어 회로가, 더 구비되어 있어도 된다.

Description

전자 부품 장치
이 출원은, 전자 부품 장치에 관한 것이다.
종래, 예를 들면 일본 특허공개 소63-305100호에 기재되어 있는 바와 같이, 리지드(rigid) 태양 전지 어레이가 위성 탑재 기기를 방사선 등으로부터 보호하는 것이 알려져 있다.
일본 특허공개 소63-305100호 공보
상기 종래 기술이 대상으로 하는 우주 공간, 또는 원자로 내의 공간은, 과혹한 방사선 환경이다. 이들의 과혹한 방사선 환경하에서 사용되는 전자 부품 장치의 개발이 종래 진행되고 있다. 방사선 환경하에서 사용되는 전자 부품 장치에 있어서는, 방사선 조사에 의한 부품 파괴를 방지하기 위한 대책으로서, 방사선 내성을 향상시키는 회로 등이 전자 부품 각각에 내장되는 경우가 있다. 그러나 이와 같은 대책에서는, 전자 부품 하나하나에 방사선 대책용의 특별한 구조를 부가해야 한다는 번잡함이 있었다.
이 출원은, 전술과 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 전자 부품 장치 전체의 방사선 내성을 가능한 한 간단하게 향상시키도록 개선된 전자 부품 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 출원에 따른 전자 부품 장치는, PN 접합을 가지는 반도체 소자 부재로 형성된 하우징과, 상기 하우징에 수납된 전자 부품을 구비한다.
PN 접합을 가지는 반도체 소자 부재는 방사선의 에너지를 잃게 할 수 있으므로, PN 접합을 가지는 반도체 소자 부재에 의해서 하우징이 형성됨으로써, 하우징의 내부에 마련된 전자 부품을 하우징에 의해서 일괄 보호할 수 있다. 하우징의 구조를 고안함으로써, 전자 부품 각각의 구조적 대책의 유무에 상관없이 전자 부품 장치 전체의 방사선 내성을 간단하게 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 전자 부품 장치의 내부 구조를 나타내는 모식도이다.
도 2는 실시형태의 변형예에 따른 전자 부품 장치의 내부 구조를 나타내는 모식도이다.
도 3은 실시형태의 변형예에 따른 전자 부품 장치의 내부 구조를 나타내는 모식도이다.
도 4는 실시형태의 변형예에 따른 전자 부품 장치의 내부 구조를 나타내는 모식도이다.
도 1은, 실시형태에 따른 전자 부품 장치(10)의 내부 구조를 나타내는 모식도이다. 전자 부품 장치(10)는, 외측 하우징(2)과, 외측 하우징(2)에 수납된 내측 하우징(4)과, 내측 하우징(4)에 수납된 회로 기판(5)과, 회로 기판(5)에 실장된 복수의 전자 부품(6)과, 외측 하우징(2)의 내측 또한 내측 하우징(4)의 외측에 마련된 제 2 전원(3)을 구비하고 있다. 외측 하우징(2)의 외측에는, 제 1 전원(1)이 마련되어 있다.
외측 하우징(2)은, 내측 하우징(4)의 상하 좌우 전후를 포함하는 전방위를 덮고 있다. 외측 하우징(2)의 형상은, 일례로는 입방체(cube)로 해도 되고, 임의의 다면체(polyhedron) 또는 구체(sphere)여도 된다. 외측 하우징(2)에 있어서의 미리 정한 제 1 부위(2a)가, 제 1 전원(1)에 접속되어 있다. 외측 하우징(2)의 미리 정한 제 2 부위(2b)가, 그라운드 GND에 접속되어 있다. 내측 하우징(4)의 내부에 있어서, 제 2 전원(3)과 전자 부품(6)의 전원 단자(6a)가 접속되어 있다. 제 2 전원(3)과 전원 단자(6a)의 접속 방법에는, 실제로는, 회로 기판(5) 상에 있어서의 전원 배선 또는 와이어 등의 각종 전원선을 통한 접속 방법을 이용할 수 있다. 회로 기판(5)의 회로 그라운드(5a)가, 외측 하우징(2)의 제 2 부위(2b)를 통해서 그라운드 GND에 접속되어 있다. 전자 부품(6)의 그라운드 단자(6b)는, 회로 기판(5)의 그라운드 배선을 통해서, 그라운드 GND에 접속되어 있다. 내측 하우징(4)의 재료는, 철 및 알루미늄 등의 금속이어도 된다.
전자 부품(6)은, 우주 환경 또는 과혹한 방사선 환경에 있어서 사용되는 여러 가지의 용도의 기능 부품을 포함하고 있다. 전자 부품(6)의 내부에는 반도체 기판이 포함되어 있고, 이 반도체 기판에는 예를 들면 FET 등의 반도체 능동 소자, 커패시터(capacitor) 등의 수동 소자, 및 배선 등이 마련되어 있다.
방사선(40)이 전자 부품(6)에 직접 입사하면, 전자 부품(6)에 포함되는 각종 구조를 통과하고 반도체 기판까지 도달하는 경우가 있다. 각종 구조란, 일례로서, 반도체 기판 상에 형성된 패시베이션막, 소스 필드(source field) 플레이트, 채널층, 및 버퍼층 등이다. 방사선(40)은, 구체적으로는 입자 방사선이다. 입자 방사선은, 중립자, 프로톤(proton), 전자, 중성자, 뮤온(muon) 등이고, 이들은 1keV 내지 100GeV 정도의 에너지를 가지고 있다. 방사선(40)이 통과한 궤적 주변에서는 다량의 전자·정공 쌍이 발생한다. 아무런 방사선 대책이 행해지지 않으면, 전자 부품(6) 내에 발생한 전자·정공 쌍이 디바이스 내에서 확산, 드리프트, 재결합하여 소멸해 가는 과정에서 반도체에 큰 대미지를 주고 파괴 또는 열화시켜 버린다.
이 점에서, 외측 하우징(2)은, 「방사선(40)을 받으면 전하를 발생시켜서 방사선(40)의 에너지를 잃게 하는 부재」로 형성되어 있다. 외측 하우징(2)은, 내측 하우징(4)의 상하 좌우 전후를 포함하는 전체 방향으로부터의 방사선(40)을 차단할 수 있다. 외측 하우징(2)에 의해서, 전자 부품(6)을 방사선(40)으로부터 보호할 수 있다. 한편, 방사선(40)이 쬐였을 때에 전하가 발생함에 따라서 제 1 전원(1)과 그라운드 GND의 사이의 단락이 일어나면, 도 1에 모식적으로 나타내는 바와 같은 전류 I1이 흐른다.
외측 하우징(2)을 구성하는 부재는, PN 접합을 가지는 반도체 소자 부재이다. 이 경우에는, 전자 부품 장치(10)의 외측 표면 전체를, PN 접합을 가지는 반도체 소자 부재에 의해서 덮을 수 있다. PN 접합을 가지는 반도체 소자 부재에 방사선(40)이 조사된 경우, 방사선(40)은 전하를 발생시키지만 에너지를 잃는다. PN 접합을 가지는 반도체 소자 부재는, 태양 전지 패널 또는 다이오드여도 된다. 반도체 재료는, Si여도 되고, GaAs 등의 화합물 반도체여도 된다. Si는 화합물 반도체 등과 비교해서 저렴하다는 이점이 있다. 우주 공간에서 사용되는 기기에는, 발전용의 태양 전지 패널이 구비되어 있는 것이 일반적이기 때문에, 전자 부품 장치(10)를 우주 공간에서 사용하는 것이 상정되는 경우에는 외측 하우징(2)의 태양 전지 패널을 발전용으로서도 이용해도 된다. 태양 전지 패널은 대(大)면적의 제작이 비교적 용이하다는 이점도 있으므로, 외측 하우징(2)을 어느 정도의 크기의 하우징으로 하는 것도 용이하다.
방사선(40)은, 상기의 부재로 구축된 외측 하우징(2)을 통과하는 과정에서, 전하를 발생시키지만 에너지를 잃는다. 따라서, 고(高)에너지를 가지는 입자 방사선이 전자 부품(6)에 심각한 대미지를 주는 것을 억제할 수 있으므로, 외측 하우징(2)의 내측에 마련된 전자 부품(6)을 보호할 수 있다.
외측 하우징(2)을 마련함으로써, 전자 부품(6) 각각의 구조적 대책의 유무에 상관없이, 전자 부품 장치(10) 전체의 방사선(40) 내성을 향상시킬 수 있다는 이점도 있다. 이 이점에 대해서 설명하면, 예를 들면, 전자 부품(6)이 화합물 반도체 디바이스인 경우, FET에 특별한 회로를 부가해서 내성을 향상시킨다는 대책법도 있다. 그러나 특별한 회로를 부가하는 대책은 전자 부품(6)의 전기적 특성을 저하시키는 경우도 있어, 신뢰성과 전기적 특성의 트레이드오프(trade-off)가 필요하다는 폐해가 있었다. 이 점에서, 전술한 실시형태에 의하면, 개개의 전자 부품(6)에 대해서 방사선(40)에 대해 대책을 필요로 하지 않으므로, 방사선 조사 대책이 실시되지 않은 일반 부품을 전자 부품(6)으로서 사용할 수 있다. 따라서, 실시형태에 따른 대책법에서는 내부의 전자 부품(6)에 제약은 없어, 여러가지 전자 부품(6)을 탑재할 수 있다.
한편, 변형예로서, 내측 하우징(4)이 전술한 외측 하우징(2)과 같이 PN 접합 반도체 부재로 형성되어도 되고, 이 경우에는 외측 하우징(2)이 철 및 알루미늄 등의 금속 재료로 형성되어도 된다. 이 경우에 있어서도, 내측 하우징(4)에 수납된 전자 부품(6)에 대해서 확실히 방사선(40)으로부터의 보호를 행할 수 있다. 외측 하우징(2)과 내측 하우징(4) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을, PN 접합을 가지는 반도체 소자 부재로 구축하면 된다.
도 2는, 실시형태의 변형예에 따른 전자 부품 장치(110)의 내부 구조를 나타내는 모식도이다. 도 2의 변형예에서는 도 1의 제 2 전원(3)이 생략되어 있고, 제 1 전원(1)이 배선(13)을 통해서 전자 부품(6)의 전원 단자(6a)에 접속되어 있다.
전자 부품(6)의 전원 단자(6a)는, 제 1 전원(1)에 접속되어 있다. 외측 하우징(2)의 제 1 부위(2a)가, 배선(13)에 접속되어 있다. 이에 의해, 제 1 부위(2a)가, 제 1 전원(1)과 전원 단자(6a)를 연결하는 제 1 전기 경로에 접속되어 있다. 외측 하우징(2)의 제 2 부위(2b)가, 회로 기판(5)의 회로 그라운드(5a)에 접속되어 있다. 이에 의해, 제 2 부위(2b)가, 그라운드 GND와 그라운드 단자(6b)를 연결하는 제 2 전기 경로에 접속되어 있다.
방사선(40)의 일부가, 외측 하우징(2)에 의한 에너지 감쇠를 면하여, 외측 하우징(2)의 내부에 침입하는 경우가 있다. 외측 하우징(2)과 내측 하우징(4)을 전기적으로 병렬로 접속함으로써, 방사선(40)이 조사되었을 때에 제 1 전원(1)과 그라운드 GND를 단락(短絡)시키는 단락 경로를 만들어 낼 수 있다. 이 단락 경로는, 제 1 전원(1), 제 1 부위(2a), 외측 하우징(2)의 표면 및 제 2 부위(2b)를 통해서, 전류 I1을 그라운드 GND로 흘리는 것이다. 방사선(40)이 쬐였을 때에 제 1 전원(1)과 그라운드 GND의 사이의 단락이 일어나면 도 2에 나타내는 바와 같이 전류 I1이 흐르므로, 전자 부품(6)에 인가되는 전압을 저하 또는 제로로 할 수 있다. 전자 부품(6)에의 전원 공급을 충분히 억제함으로써, 방사선(40)이 조사되더라도 전자 부품(6)이 파괴되기 어려운 상황을 만들어 낼 수 있다.
모든 방사선(40)에 응답해서 단락이 일어나도록 하면, 전자 부품 장치(110)의 동작이 고(高)빈도로 방해되어 버릴 우려가 있다. 그래서, 전자 부품(6)의 보호의 관점에서 허용할 수 있는 정도의 방사선량으로는 제 1 전원(1)과 그라운드 GND와의 단락이 일어나기 어려워지도록, 단락이 일어나는 방사선량의 임계값이 마련되는 것이 바람직하다. 이 방사선량의 임계값을 초과하는 방사선(40)이 외측 하우징(2)에 쬐이면 제 1 전원(1)으로부터 전자 부품(6)에의 공급 전원이 미리 정한 전원 억제 레벨 이하까지 저감되도록, 외측 하우징(2)이 구축되는 것이 바람직하다.
도 3은, 실시형태의 변형예에 따른 전자 부품 장치(210)의 내부 구조를 나타내는 모식도이다. 전류계(20) 및 전원 제어 회로(22)가, 외측 하우징(2)에 수납되어 있다. 전원 제어 회로(22)는, 제 2 전원(3)과 접속되어 있다. 전원 전압 검출 및 제어에는, 일반적으로 이용되고 있는 집적 회로를 내장하는 것이 생각된다. 예를 들면 공지의 저소비 볼티지 디텍터(voltage detector)를 이용하면, 외측 하우징(2)의 전압 강하량 즉 검출하고자 하는 전압에 따른 집적 회로를 선택하는 것이 가능하다. 이 집적 회로는 전원 전압의 저하를 검출하고, 접속한 다른 집적 회로에 전압이 강하한 것을 알리는 신호를 송신할 수 있다. 이와 같은 구성 부품을 이용함으로써, 외측 하우징(2)의 전원 전압을 모니터하고, 전압이 저하된 시점에서 전자 부품 장치(110)의 전원에 신호를 송신하고, 전압을 저하시켜서 전자 부품 파괴를 회피하는 제어 회로를 구축할 수 있다.
방사선(40)이 쬐였을 때에 제 1 전원(1)과 그라운드 GND의 사이의 단락이 일어나면 도 3에 나타내는 바와 같이 전류 I1이 흐른다. 전원 제어 회로(22)는, 외측 하우징(2)에 미리 정한 판정값 이상의 크기의 전류 I1이 흘렀을 때에, 제 2 전원(3)으로부터 전자 부품(6)에 공급되는 전원 전압을 저하시키도록 구축되어 있다. 구체적으로는, 전류계(20)는, 외측 하우징(2)에 흐른 전류 I1을 검지할 수 있다. 전원 제어 회로(22)는, 전류계(20)에서 검지된 전류 I1이 판정값 이상인지 여부를 판정한다. 전원 제어 회로(22)는, 검지한 전류 I1이 판정값 이상인 경우에는, 전자 부품(6)에 공급되는 전원 전력을 미리 정한 소정 전력 레벨까지 저감한다.
방사선(40)의 일부가, 외측 하우징(2)에 의한 에너지 감쇠를 면하여 외측 하우징(2)의 내부에 침입하는 경우가 있다. 외측 하우징(2)의 전기 저항을 검지하면, 외측 하우징(2)에 대한 방사선(40)의 조사 상황을 검지할 수 있다. 전원 제어 회로(22)는, 외측 하우징(2)의 저항 변화를 검지함으로써, 허용 범위를 초과하는 방사선(40)의 조사가 있던 경우에 제 2 전원(3)의 전압을 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 외측 하우징(2)의 내부에 침입한 방사선(40)의 일부가 전자 부품(6)으로 도달해 버린 경우에도, 전자 부품(6)의 전원 전압을 충분히 저하시킴으로써 전자 부품(6)을 확실히 보호할 수 있다. 제 2 전원(3)의 전압을 저하시키는 양은 미리 정해 두면 되고, 예를 들면 통상 동작 전압으로부터 20% 정도의 비율을 저하시키도록 해도 된다.
도 4는, 실시형태의 변형예에 따른 전자 부품 장치(310)의 내부 구조를 나타내는 모식도이다. 실시형태 1에 따른 전자 부품 장치(10)에 있어서, 내측 하우징(4)을 생략하고, 하우징을 외측 하우징(2)만으로 해도 된다.
1: 제 1 전원
2: 외측 하우징
2a: 제 1 부위
2b: 제 2 부위
3: 제 2 전원
4: 내측 하우징
5: 회로 기판
5a: 회로 그라운드
6: 전자 부품
6a: 전원 단자
6b: 그라운드 단자
10, 110, 210, 310: 전자 부품 장치
13: 배선
20: 전류계
22: 전원 제어 회로
40: 방사선

Claims (3)

  1. PN 접합을 가지는 반도체 소자 부재로 형성된 하우징과,
    상기 하우징에 수납된 전자 부품
    을 구비하는 전자 부품 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 부품은, 전원에 접속하는 전원 단자와, 그라운드에 접속하는 그라운드 단자를 구비하고,
    상기 하우징의 제 1 부위가, 상기 전원과 상기 전원 단자를 연결하는 제 1 전기 경로에 접속되고,
    상기 하우징의 제 2 부위가, 상기 그라운드와 상기 그라운드 단자를 연결하는 제 2 전기 경로에 접속되고,
    상기 하우징이 방사선을 받으면 상기 전원, 상기 제 1 부위, 상기 하우징의 표면 및 상기 제 2 부위를 통해서 전류를 상기 그라운드로 흘리는 단락 경로가 생기도록 구축된 전자 부품 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 부품의 전원과 접속되고, 상기 하우징에 미리 정한 판정값 이상의 크기의 전류가 흘렀을 때에 상기 전원으로부터 상기 전자 부품에 공급되는 전원 전압을 저하시키도록 구축된 전원 제어 회로를,
    더 구비하는 전자 부품 장치.
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