一种宇航用半导体器件总剂量辐射试验通用偏置电路板的制作方法

本发明涉及一种用于总剂量辐射试验的电路板，尤其涉及一种用于宇航用元器件总剂量辐射试验的通用偏置电路板，属于宇航半导体器件总剂量辐射试验领域。

背景技术：

在目前空间环境中，存在一种总剂量辐射效应，而航天器为了能够在复杂的空间环境中正常工作，需要对航天器进行抗辐射效应的加固设计。而在加固设计过程中，需要给出半导体器件抗辐射能力指标，所以首先需要对宇航用半导体器件进行抗辐射能力评估，对宇航用元器件进行地面总剂量模拟实验，获得宇航用半导体器件的抗总剂量辐照能力指标。而目前地面总剂量模拟实验主要是采用钴源产生的γ射线进行总剂量效应模拟实验。而钴源总剂量模拟试验中，为了模拟器件在空间飞行器内的使用状态和可能出现的最恶劣情况，试验器件通常是在加电的状态下进行辐照，这样就需要设计制作加电偏置电路，保证器件在被辐照时，器件处于静态加电状态。因此，目前地面模拟的半导体器件总剂量试验几乎均需要设计辐照试验偏置电路板。

面对未来的发展趋势，宇航用半导体器件的总剂量试验，需要设计一种低成本、高效率、可重复使用、通用性强、有效辐射面积大的偏置电路板。

然而，目前国内外对于总剂量试验所用的偏置电路板，大多都是根据不同器件静态偏置加电状态所单独设计的试验电路板，不同器件由于有不同的管脚定义与不同的加电状态，致使不同器件的辐照偏置电路板不能互相使用，一种偏置电路板只能用于一种器件的总剂量试验，造成偏置电路板的利用率不高，试验成本较高；另外，每款器件都要单独设计制作偏置电路板，造成总剂量试验周期较长，严重制约了器件抗辐射能力的评估速度，对于快速发展的航天事业来说，这种情况是急需改善的。此外，目前国内外所制作的偏置电路板上，除了需要被辐射的器件及夹具之外，还有一些偏置电路所需的电阻、电容，这些阻容元件占据偏置电路板的大量空间，使得这个电路板的有效辐射面积不大，而由于钴源辐射场的均匀性限制，具有相同剂量率的辐照面积有限，如果电路板的有效辐射面积不大，就可能使得一次试验不能加上所有试验器件，在目前辐照源有限的机时情况下，这些都是非常不利的。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种操作简单、成本低、通用性强、有效辐射面积大的宇航用半导体器件总剂量辐射试验通用偏置电路板。

本发明的技术解决方案是：一种宇航用半导体器件总剂量辐射试验通用偏置电路板，其特征在于包括母板、多块通用子板和多个试验器件夹具，其中，

母板，用于为辐照器件提供多路相互独立的电源，包含电源接口和N个互不相连的母板卡槽，母板卡槽上包含电源连接点和器件连接点，电源接口中的连线点均并联接入到母板卡槽中相应的电源连接点；

试验器件夹具，用于插装被辐照器件，形状和管脚排列与被辐照器件相匹配，使用时，各管脚焊接在母板卡槽器件连接点上；

通用子板，用于为被辐照器件配置电压与偏置负载，由电源连接点、器件管脚连接点和阻容元件连接处组成，其电源连接点和器件管脚连接点与母板卡槽的电源连接点和器件连接点一一对应，通过在阻容元件连接处选择不同的阻容元件及电源电压完成不同器件的配置；

对于封装形式相同，管脚定义与配置电压与偏置负载不同的器件，通过配置不同的通用子板，即可使用同一块母板完成总剂量辐射试验；

对于封装形式不同，管脚定义与配置电压与偏置负载相同的器件，通过焊接不同的试验器件夹具，即可使用同一块母板完成总剂量辐射试验。

所述通用子板的阻容元件连接处由纵横二维焊接点阵列组成，每列纵向焊接点对应连接一个电源连接点，每行横向焊接点对应连接一个器件管脚连接点，将纵向焊接点和横向焊接点直接相连，能够使电源电压与器件管脚直接相连；在纵向焊接点和横向焊接点之间焊接不同的阻容元件，为不同器件配置电压与偏置负载。

所述母板卡槽内每个电源连接点和器件连接点处对应安装一对金属弹片，通用子板插入到母板卡槽中，通过金属弹片使通用子板垂直固定在母板卡槽中，实现子母板快速灵活插接。

所述试验器件夹具集中平铺安置在母板正面。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明采用立体式子母板插接的方式，可以减小电路板面积，相同面积大小的电路板上可以放置更多的待辐照器件，提高电路板的有效利用率；

(2)本发明的通用电路板上可以同时进行多款器件的试验，对于不同的器件，只需配备不同的通用子板，无需更换母板，且通用子板可以批量化生产，只需根据器件不同的加电偏置，焊上不同的电阻电容，选通不同的电源电压即可，极大提高了电路板的可重复使用率，减少开发制作电路板的周期和成本。

(3)本发明采用在母版卡槽内设置金属弹片来垂直固定通用子板，整个偏置电路板拆分灵活、通用性强、操作简单、成本低、具有推广应用价值。

(4)本发明采用不同的试验器件夹具适应不同的器件封装形式，即对于封装形式不同，管脚定义与加电偏置不同的器件，通过焊接不同的试验器件夹具，即可使用同一块母板完成总剂量辐射试验。

(5)本发明试验器件夹具集中平铺安置在母版正面，有效辐照面积大，单位面积内的辐照效率高。

附图说明

图1为通用偏置电路板外形结构示意图；

图2为通用偏置电路板母板正面结构示意图；

图3为通用偏置电路板通用子板结构示意图；

图4为通用子板与母板卡槽插接侧视图。

具体实施方式

下面结合附图1-4和具体实施例对本发明作进一步详细地描述：

通用偏置电路板的外形结构如图1所示，该宇航用半导体器件总剂量辐射试验通用偏置电路板主要由母板1、通用子板2和试验器件夹具3三部分组成，母板1和通用子板2均是PCB板(印刷电路板)，母板1上有N个互不相连的母板卡槽5，通用子板垂直插装在母板卡槽上。

通用偏置电路板的母板正面结构如图2所示，母板1用于为辐照器件提供多路相互独立的电源。母板卡槽5上包含电源连接点和器件连接点，电源接口中的连线点均并联接入到每个母板卡槽中的相应的电源连接点；试验器件夹具3用于插装被辐照器件，形状和管脚排列与被辐照器件相匹配，使用时，各管脚焊接在母板卡槽5器件连接点上。每一个试验器件夹具3分别对应一个母板卡槽5，不同的试验器件夹具之间不互相连通。这样，每个器件之间相互独立，不互相影响，提高电路板的可靠性。母板电源接口配置多路电源配置资源，试验器件各管脚与多路电源通过母板卡槽与通用子板相连。

通用偏置电路板的通用子板结构如图3所示，器件试验偏置配置由通用子板提供，通用子板按管位单独配置偏置状态。通用子板2中有电源连接点6、器件管脚连接点7和阻容元件连接处8，电源连接点6和器件管脚连接点7与母板卡槽5的电源连接点和器件连接点一一对应，阻容元件连接处8由纵横二维焊接点阵列组成，每列纵向焊接点对应连接一个电源或地连接点，每行横向焊接点对应连接同一个器件管脚连接点，将纵向焊接点和横向焊接点直接相连，可使电源电压与器件管脚直接相连；在纵向焊接点和横向焊接点之间焊接不同的阻容元件，可进行器件外围电路的配置和偏置电压配置。所以，电源连接点6、器件管脚连接点7通过在通用子板2上阻容元件连接处8选择不同的阻容元件及电源电压完成整个器件的外围电路配置和加电偏置，阻容元件连接处8也可以不加电阻电容，使部分管脚与电源端直接相连，完成偏置加电的设计。

对于封装形式一样但种类不同、加电状态不同的半导体器件就可以使用同一块母板1，只要根据不同的偏置加电状态，制作不同的通用子板2即可。而通用子板2可以批量制作模板，对于不同的通用子板2只要在阻容元件连接处8焊上不同的阻容元件，选择不同的电源连接即可。这样即可实现通用子板的快速制作和母板的相互通用，通用偏置电路板的正面有效辐照面积增大，提高了试验效率，降低了试验成本。

每块通用子板对应一系列封装相同的器件，同一试验电路板可同时进行多款器件的总剂量试验。这样，对于封装形式一样，但器件种类不同，加电偏置不一样的半导体器件只要制作不同的通用子板，即可在同一块母板上完成总剂量试验，实现母板的重复使用。

通用子板2与母板卡槽5插接侧视图如图4所示，通用子板的电源连接点6和器件管脚连接点7插接到母板卡槽5中，使通用子板2的连接点与母板PCB板的金属导线相接触，从而使子母板相连。母板卡槽5内含若干金属弹片，每路电源与器件的各个管脚分别对应一对金属弹片9，通用子板插入到母板卡槽5中，通过金属弹片使通用子板垂直固定在母板卡槽5中，从而实现子母板快速灵活插接。通用子板2和母板1接通后的电路原理图，如图4所示。

制作母板1时，要求试验器件夹具3集中布局，并平铺于母版的正面。尽量增加母板1正面可辐照半导体器件的数量，提高电路板的有效辐照面积，提高单位面积内的辐照效率。并安装不同封装形式、不同管脚数量的试验器件夹具3，使得母板1的通用性更强。母板1和通用子板2，通过母板卡槽5立体式垂直插装。

宇航用半导体器件总剂量辐射试验通用偏置电路板的试验器件夹具3主要包括DIP类、FP类、LCC类等常用的中小规模集成电路夹具，一块母板1上包括若干数量试验器件夹具3，DIP类夹具选取DIP-48的夹具，FP类夹具选取FP-48的夹具，这两种夹具适合管脚数量小于等于48的各类常规DIP和FP类器件，LCC类夹具则选取5种不同管脚数量的夹具，一块母板1上的试验器件夹具3安装有DIP、FP、LCC等不同封装形式的夹具，且每种形式的夹具有不同的管脚数量，以满足不同封装形式、不同管脚数量的试验器件的需要，最终实现通用电路板覆盖大部分常规封装形式的器件，使得母板的通用性更强。

对于总剂量辐照试验，辐照器件需要配置偏置负载，而这些负载会占据辐照偏置电路板空间，减少电路板上有效辐射面积电路板上一些被测器件的偏置负载会占据一些辐射空间，利用本发明制作的通用偏置电路板，可以增加母板的有效辐照面积。如AD公司生产的OP07器件的总剂量试验，该器件封装形式为DIP-8，需要在正相输入端和反相输入端分别接10Ω电阻和0.1μF电容并以及正负15V电源，利用本发明可以将电阻、电容以及其它电源走线布置到通用子板2上，从而减少负载在母板1上的占据空间，使得以前相同大小面积的辐照板可以辐照的器件数量增加一倍。

此外，该母板1还适合其它所有DIP-8封装形式的器件，辐照其它DIP-8器件只需配置不同的通用子板2即可，有效减少母板1开发的费用，大大提高母板1的重复使用率，而通用子板2可大批量投产，制作简单，通用子板2与母板1插装灵活简单，大大提高制作辐照板的速度。

本发明将一块普通的总剂量偏置电路板折分为一块母板1、若干数量的通用子板2、若干数量的试验器件夹具3，对于封装形式相同，管脚定义与加电偏置不同的器件，通过配置不同的通用子板，即可使用同一块母板完成总剂量辐射试验；对于封装形式不同，管脚定义与加电偏置不同的器件，通过焊接不同的试验器件夹具3，即可使用同一块母板完成总剂量辐射试验。母板1可重复使用，通用子板2制作简单，子母板拆分灵活、通用性强。

以上所述为本发明的一种具体实施方式，而绝非对本发明的限制，本领域的技术人员根据描述，在不脱离权利要求及其限定范围的本发明总体构思的原则下，可以对实例做出改变。

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。