電源管理芯片是電子設(shè)備的“能量心臟”，而國科安芯ASP3605作為一款 航天級(jí)抗輻照DC/DC Buck電源芯片 （其裸die常作為核心模塊用于航天集成電源方案），其研發(fā)流程需額外攻克極端太空環(huán)境下的可靠性難題。從抗輻照需求定義到最終適配航天器，每個(gè)環(huán)節(jié)都需嚴(yán)苛把控，以下是其從誕生到上市的10大核心環(huán)節(jié)。

一、市場企劃與需求定義

一切研發(fā)始于市場洞察。在ASP3605項(xiàng)目啟動(dòng)前，團(tuán)隊(duì)需完成三大核心任務(wù)： 目標(biāo)場景鎖定 （航天器電源系統(tǒng)、星載設(shè)備等航天場景）、 性能指標(biāo)定義 （輸入電壓范圍、輸出精度、抗總劑量輻照TID≥100krad(Si)、單粒子閂鎖SEL免疫等）及 競爭分析 。例如，針對航天領(lǐng)域?qū)O端環(huán)境可靠性的需求，ASP3605明確了414V寬輸入電壓、0.65.5V可調(diào)輸出的核心參數(shù)，并重點(diǎn)強(qiáng)化了抗輻照與長壽命設(shè)計(jì)要求。這一步如同為芯片繪制“航天級(jí)出生證明”，決定了其在太空環(huán)境的適配能力。

二、架構(gòu)設(shè)計(jì)與IP選型

架構(gòu)設(shè)計(jì)是ASP3605的“骨骼搭建”階段。工程師需確定芯片的整體電路結(jié)構(gòu)，包括控制模式（如電流模式控制以提升響應(yīng)速度）、模塊劃分（振蕩器、誤差放大器、功率開關(guān)、輻照加固保護(hù)單元等）。同時(shí)，抗輻照IP選型成為關(guān)鍵——選擇經(jīng)過航天驗(yàn)證的PWM調(diào)制器IP可降低研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，而單粒子效應(yīng)防護(hù)模塊則需根據(jù)ASP3605的航天應(yīng)用場景進(jìn)行定制開發(fā)。這一步的輸出是架構(gòu)藍(lán)圖，直接影響芯片的抗輻照性能與太空環(huán)境適應(yīng)性。

三、預(yù)研與關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證

由于ASP3605需在太空輻照環(huán)境下保持穩(wěn)定工作，預(yù)研階段重點(diǎn)突破兩大技術(shù)難點(diǎn)： 抗輻照加固設(shè)計(jì) （采用版圖級(jí)加固如冗余晶體管、隔離環(huán)結(jié)構(gòu)，抑制總劑量輻照導(dǎo)致的參數(shù)漂移）和 單粒子效應(yīng)抑制 。研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過搭建輻照仿真模型，測試不同加固方案的輻照響應(yīng)曲線，并制作關(guān)鍵模塊的驗(yàn)證芯片，提前驗(yàn)證功率開關(guān)管在輻照下的導(dǎo)通損耗優(yōu)化方案。這一步如同“航天級(jí)產(chǎn)前體檢”，避免將輻照風(fēng)險(xiǎn)帶入后續(xù)流程。

四、前端設(shè)計(jì)與模擬電路實(shí)現(xiàn)

前端設(shè)計(jì)是將架構(gòu)藍(lán)圖轉(zhuǎn)化為“模擬電路語言”的過程。工程師使用Cadence Virtuoso等工具繪制schematic，逐模塊完成電路設(shè)計(jì)，包括：抗輻照振蕩器生成固定頻率時(shí)鐘、高穩(wěn)定性誤差放大器補(bǔ)償反饋信號(hào)、輻照加固保護(hù)單元實(shí)現(xiàn)過流/過溫/單粒子防護(hù)功能等。以ASP3605的單粒子閂鎖防護(hù)模塊為例，需精確設(shè)計(jì)限流電路與隔離結(jié)構(gòu)，確保在重離子轟擊下不觸發(fā)閂鎖效應(yīng)。同時(shí)，需通過 模塊級(jí)仿真 ，驗(yàn)證每個(gè)單元在輻照前/后的功能正確性。

五、驗(yàn)證與仿真：覆蓋“全場景測試”

驗(yàn)證是芯片研發(fā)的“航天級(jí)質(zhì)量把關(guān)口”，占總研發(fā)周期的40%-50%。ASP3605需經(jīng)歷四重驗(yàn)證： 功能仿真 （模擬正常及異常工況，如輸入電壓驟降、輻照粒子轟擊）、 輻照效應(yīng)仿真 （通過TCAD工具模擬總劑量輻照對晶體管參數(shù)的影響）、 單粒子效應(yīng)仿真 （驗(yàn)證電路對重離子/質(zhì)子的抗干擾能力）、 溫度特性仿真 （覆蓋-55℃~125℃航天溫度范圍）。例如，通過蒙特卡洛仿真結(jié)合輻照參數(shù)偏移模型，確保ASP3605在輻照后仍能保持±1%的電壓精度。

六、后端設(shè)計(jì)：模擬版圖與抗輻照優(yōu)化

后端設(shè)計(jì)是為芯片“賦予航天級(jí)實(shí)體”的階段，核心是 模擬版圖設(shè)計(jì)與抗輻照加固 ：工程師需根據(jù)前端schematic，為每個(gè)器件分配物理位置并繪制連接線，同時(shí)采用版圖級(jí)加固措施——如關(guān)鍵晶體管采用“十字交叉”或“冗余”布局、敏感電路增加金屬屏蔽層、電源與地之間設(shè)置防護(hù)環(huán)等，抑制輻照誘導(dǎo)的寄生效應(yīng)。ASP3605的布局還需重點(diǎn)考慮：功率模塊與控制模塊的隔離、電源分配網(wǎng)的優(yōu)化。完成后，需通過設(shè)計(jì)規(guī)則檢查和 版圖與原理圖一致性檢查（LVS） ，確保版圖符合航天級(jí)工藝（如180nm抗輻照CMOS工藝）的制造要求。

七、流片：從圖紙到晶圓

流片是芯片“首次實(shí)體化”的關(guān)鍵步驟。ASP3605的設(shè)計(jì)文件被發(fā)送至晶圓廠，通過光刻、蝕刻、離子注入等數(shù)十道工序，在硅晶圓上刻蝕出電路圖案。這一過程如同“精密雕刻”，以180nm工藝為例，光刻精度需控制在微米級(jí)，確保每個(gè)晶體管的尺寸誤差不超過5%。一片晶圓可產(chǎn)出數(shù)百個(gè)ASP3605裸die，流片成本高昂且周期長達(dá)2-3個(gè)月，因此前期驗(yàn)證的充分性至關(guān)重要。

八、封裝與可靠性測試

ASP3605裸die需經(jīng)過航天級(jí)封裝才能成為可用芯片，封裝流程包括： 基板制備 、 die貼裝 、 金絲鍵合 、 封裝外殼密封 、單粒子效應(yīng)測試、溫度循環(huán)、真空放電測試等，確保ASP3605在太空環(huán)境下的長期穩(wěn)定性——這也是其能作為航天集成電源核心模塊的關(guān)鍵前提。

九、量產(chǎn)與良率優(yōu)化

通過可靠性測試后，ASP3605進(jìn)入量產(chǎn)階段。晶圓廠需通過統(tǒng)計(jì)過程控制監(jiān)控每道工序的參數(shù)波動(dòng)，如光刻溫度、蝕刻時(shí)間，以提升良率。對于ASP3605這類電源芯片，良率目標(biāo)通常設(shè)定在90%以上。同時(shí)，量產(chǎn)初期需進(jìn)行 抽樣測試 ，使用自動(dòng)測試設(shè)備檢查輸出電壓、效率等關(guān)鍵指標(biāo)，剔除不合格品。良率的穩(wěn)定直接決定了芯片的量產(chǎn)成本與市場供應(yīng)能力。

十、市場導(dǎo)入與航天應(yīng)用適配

芯片上市并非終點(diǎn)。ASP3605需提供 航天級(jí)應(yīng)用手冊 ，詳細(xì)說明輻照測試數(shù)據(jù)、溫度特性曲線、外圍電路優(yōu)化方案；針對航天集成電源客戶，還需提供封裝兼容性測試報(bào)告、熱仿真數(shù)據(jù)及在軌可靠性預(yù)估模型，幫助其解決多die集成的散熱與輻照防護(hù)問題。上市后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)需收集航天器在軌運(yùn)行反饋，通過工藝微調(diào)或版圖優(yōu)化迭代產(chǎn)品——例如，針對深空探測任務(wù)需求，進(jìn)一步提升ASP3605的抗單粒子翻轉(zhuǎn)能力，拓展其在深空探測領(lǐng)域的應(yīng)用。