ちょっと、そこ！センサー モジュール基板のサプライヤーとして、私はこれらの基板の耐放射線性要件についてよく質問を受けます。これは、センサーがあらゆる種類の環境で使用され、中にはセンサーがさまざまな形の放射線にさらされる今日のハイテクの世界では特に重要なテーマです。
まず、放射線とは何か、そしてそれがセンサーモジュール基板にとってなぜ重要なのかを理解しましょう。放射線には、電磁放射線 (電波、マイクロ波、赤外線、可視光線、紫外線、X 線、ガンマ線など) や粒子放射線 (アルファ粒子、ベータ粒子、中性子など) など、さまざまな形があります。センサー モジュールの基板が放射線にさらされると、多くの問題が発生する可能性があります。
主な問題の 1 つは、放射線が基板材料内の原子や分子をイオン化する可能性があることです。このイオン化により、自由電子と正孔が生成される可能性があります。半導体ベースの基板では、これらの余分な電荷キャリアにより、材料の通常の電気的特性が台無しになる可能性があります。たとえば、導電率が変化する可能性があり、基板上のセンサーの精度や信頼性に影響を与える可能性があります。
もう 1 つの問題は、放射線が基板に物理的な損傷を引き起こす可能性があることです。 X 線やガンマ線などの高エネルギー放射線は、基板材料の化学結合を破壊する可能性があります。これにより、亀裂や変形など、材料の構造が変化する可能性があります。時間の経過とともに、この物理的損傷により基板の安定性が低下し、故障する可能性が高くなります。
では、センサーモジュール基板の耐放射線性要件は何でしょうか?まあ、それは実際にはアプリケーションによって異なります。
宇宙応用
宇宙では、センサーは過酷な放射線環境にさらされます。宇宙放射線は大量にあり、主に高エネルギーの陽子と重イオンで構成されています。これらの粒子は基材の奥深くまで侵入し、重大な損傷を引き起こす可能性があります。宇宙用途で使用されるセンサー モジュール基板の場合、耐放射線性の要件は非常に高くなります。
基板は、高い総イオン化線量 (TID) に耐えることができる必要があります。 TID は、一定期間にわたって材料によって吸収される放射線エネルギーの総量の尺度です。宇宙グレードのセンサー モジュール基板の場合、TID 要件は数キログレイ (kGy) の範囲になることがあります。キログレーは吸収放射線量の単位で、1 kGy は物質 1 キログラムあたりに吸収される放射線エネルギー 1000 ジュールに相当します。
TID に加えて、基板には優れたシングル イベント効果 (SEE) 耐性も必要です。 SEE は、単一の高エネルギー粒子が基板に衝突し、その電気的特性に突然の変化を引き起こすときに発生します。これにより、センサーの出力にエラーが発生したり、基板に永久的な損傷が発生したりする可能性があります。宇宙グレードの基板は、多くの場合、SEE の影響を最小限に抑えるために特別な材料と構造を使用して設計されています。
医療用途
医療用途では、センサーは X 線装置、CT スキャナー、放射線治療装置などのデバイスで使用されます。これらのセンサーは X 線とガンマ線にさらされます。医療用途におけるセンサーモジュール基板の耐放射線性要件も非常に高いです。
基材は、これらの医療処置で使用される高エネルギー放射線に重大な劣化を起こすことなく耐えることができる必要があります。たとえば、X 線装置では、センサー モジュール基板は、複数の高線量 X 線パルスにさらされた後でも、長期間にわたって X 線を正確に検出できる必要があります。
医療グレードのセンサー モジュール基板の TID 要件は、数百グレイ (Gy) の範囲に及ぶ場合があります。また、宇宙用途と同様に、信頼性の高い動作を確保するには、基板も SEE に対する優れた耐性を備えている必要があります。
産業用途
産業用途では、センサーはさまざまな環境で使用され、その中には放射線源が存在する場合もあります。たとえば、原子力発電所では、センサーが放射性物質からの放射線にさらされます。産業用途におけるセンサー モジュール基板の耐放射線性要件は、特定の環境によって異なります。
原子力発電所では、基板は比較的高い TID (数十グレイの範囲) に耐えることができる必要があります。また、中性子は原子力発電所でよく使われる放射線であるため、中性子線に対する優れた耐性も必要です。
耐放射線性を達成する方法
センサー モジュール基板の耐放射線性を高める方法はいくつかあります。 1 つの方法は、放射線、つまり硬い材料を使用することです。たとえば、次のようないくつかのセラミック材料アルミナセラミック基板、優れた耐放射線特性を持っています。セラミックは一般に、プラスチックなどの他の材料に比べて安定しており、放射線の影響を受けにくいです。
別のアプローチは、シールドを使用することです。基板に到達する放射線の量を遮断または低減するために、基板を鉛やタングステンなどの遮蔽材料の層で囲むことができる。ただし、シールドによりセンサー モジュールの重量とコストが増加するため、慎重に設計する必要があります。
耐放射線性を高める先進技術も提供します。たとえば、私たちのTEC Semiconductor 熱電冷凍チップ温度を調節することにより、放射線曝露下での基材の安定性を維持するのに役立ちます。そして私たちの厚膜集積回路この技術は、放射線による電気特性の変化に対してより耐性を持つように設計できます。
結論
結論として、センサー モジュール基板の耐放射線性要件は用途に応じて異なります。宇宙用、医療用、産業用のいずれであっても、基板が放射線に耐えられることを保証することは、センサーの信頼性の高い動作にとって非常に重要です。当社はセンサーモジュール基板のサプライヤーとして、これらの耐放射線性要件を満たす高品質の製品を提供することに尽力しています。
センサー モジュール基板の市場に参入していて、特定の耐放射線性のニーズがある場合は、ためらわずにお問い合わせください。当社はお客様と協力して要件を理解し、アプリケーションに最適なソリューションを提供します。お客様の調達ニーズについて話し合い、お客様のプロジェクトに最も信頼性の高いセンサー モジュール基板の入手を当社がどのように支援できるかを見てみましょう。
参考文献
- 「電子材料およびデバイスに対する放射線の影響」Ian L. Bray および David MJ Lilly 著。
- 「宇宙船システム工学」ピーター・フォーテスキュー、ジョン・スターク、グラハム・スウィナード著。
- 「医用画像物理学」フランク・H・アティックス著。