自美國第一顆人造衛星 Explorer 1 搭載 Jupiter-C 火箭升空以來，Microchip 所提供的元件就已展現太空適航性，通過高輻射與高可靠度標準認證。

初期的太空任務多仰賴高精度頻率控制元件，如石英震盪器、電壓控制SAW震盪器（VCSO）與原子鐘等。這些元件確保太空電子系統中的訊號傳輸穩定、資料完整、系統同步無誤，是1958年任務成功的關鍵，也奠定了太空應用中半導體的可靠基礎。

1969年阿波羅11號成功登陸月球，更是人類太空探索史上的里程碑。當時，Microchip 為登月艙提供了關鍵通訊支援，協助完成歷史性的任務。

目前，Microchip 的銣原子鐘、聲表面波（SAW）與石英震盪器廣泛應用於軍用通訊、衛星地面站、測試與量測等系統，成為全球最受信賴的高精度頻率參考設備之一。

從 Voyager 1 到火星探測車的長征

Voyager 1 是至今最遠離地球的人造探測器，其卓越表現再次證明半導體在太空的可靠性。該任務使用了TTL與CMOS邏輯IC、類比元件、記憶體晶片與客製化晶片。主處理器（CPU）採用 NASA 設計的 SPS-8，展現當時先進的電子工程實力。

進入火星探索階段，Curiosity 與 Perseverance 探測車深入紅色星球，帶來珍貴科學資訊。Perseverance 配備 Microchip 的微控制器與電源管理IC，負責各項控制與資料處理，並採用抗輻射（Rad-Hard）設計，確保在火星極端環境下穩定運作。

此外，印度的 Chandrayaan-3 月球任務也導入了具抗輻射能力的FPGA，支援通訊、導航與科學實驗。當前的 Artemis 任務則持續倚賴這些高可靠度的半導體，目標重返月球，甚至進一步探索火星。

太空計畫中可靠度與效能的重要性

在嚴峻的太空環境中，可靠度與效能不只是重要，而是關鍵中的關鍵。半導體元件是現代太空任務的核心，驅動從衛星、探測車到通訊系統與太空站等各種設備。

由於太空環境極端嚴苛——劇烈的溫度變化、強烈輻射，以及真空狀態——半導體元件必須在長時間內毫無失誤地運作。即使是最微小的故障，也可能導致整個任務失敗，這正凸顯了選用高度可靠元件的重要性。

太空中的輻射挑戰

太空充滿高強度的輻射，這對電子元件來說可能是毀滅性的。這些輻射會使材料劣化、導致電性故障，甚至破壞正在傳輸的資料。例如，地球保護性大氣層外的太陽輻射環境會讓元件暴露於高能粒子，這些粒子可能造成單一事件翻轉（SEU）或累積輻射總劑量損害。

為了應對這些挑戰，先進的抗輻射（Radiation-Hardening）技術包括使用專門材料（例如抗輻射半導體）、以及設計改良以降低對輻射的脆弱度。例如，太空等級的微處理器用於飛行電腦（On-Board Computers）時，通常採用抗輻射設計（Radiation-Hardened by Design, RHBD），確保即使發生局部故障，也不會使整個系統癱瘓。

模擬太空環境的嚴格測試

除了抗輻射設計之外，具有太空任務經驗的企業也開創了嚴格的測試與驗證流程，以確保元件的可靠度與效能。這些測試遠遠超越一般製造品質管制。

太空等級半導體必須經過廣泛的熱循環測試，模擬太空中極端的溫度變化——從太陽的高熱到深空的嚴寒。例如，NASA 為火星探測車「毅力號」（Perseverance）測試元件時，必須承受 -55°C 到 125°C 的溫差，要求元件在這樣的極端條件下仍能穩定運作。

元件還需通過振動測試，模擬火箭發射時的應力與震動。火箭升空時產生的巨大力量是地球上無可比擬的，因此半導體元件必須能在不損害結構完整性的情況下承受這些條件。例如，在阿波羅11號任務中，關鍵電子設備就曾接受振動測試，以確保它們能承受強大的發射力，最終促成登月成功。

長期可靠度：太空歷史中的案例

太空任務要求的不只是任務期間能正常運作，更需要長期穩定。1977年發射的「旅行者1號」（Voyager 1）就是長時間任務中可靠度至關重要的典範。經過超過40年的太空飛行，這艘探測器仍能與地球保持通訊，這歸功於其採用的抗輻射並經過嚴格測試的半導體元件，能夠耐受極端環境。

另一個例子是國際太空站（ISS），它依賴大量半導體系統來維持生命維持裝置、進行科學實驗並保持通訊暢通。ISS 長期暴露於嚴酷的太空輻射環境，溫度從+121°C（朝向太陽）到 -157°C（背光面）劇烈變化，但艙內的半導體元件仍必須日復一日地可靠運作。

太空半導體的未來

隨著低地軌道（LEO）衛星星座與太空商業化快速興起，對高可靠、高效能半導體元件的需求也持續增加。新一代太空計畫要求元件同時兼顧高可靠性、創新性與成本效益，這是商業化太空的新挑戰。

圖一 : 拓展邊界：太空市場的演進

太空產業一個顯著的趨勢，是商用現成元件（COTS, Commercial Off-The-Shelf）的廣泛採用，因其即時可得、成本效益高，成為太空任務的熱門選擇。Starlink 衛星網路就大量採用 COTS 元件來降低成本並加快生產。許多非關鍵系統的機載電子設備仰賴這些價格親民但經過精選的元件，確保其在太空環境中仍具可靠性。

一個典型案例是歐洲太空總署（ESA）與法國國家太空研究中心（CNES）合作的「亞利安」（Ariane）火箭。Ariane 5（1985年）搭載封裝於氣密封殼、QML 等級的強化型 Sparc 中央處理器，並使用 1553 網路在火箭系統間進行通訊；而最新版本 Ariane 6（2024年）則導入基於 ArmR 架構的 COTS 處理器，採塑膠封裝與乙太網路通訊，這是一種廣泛被工業採用的標準，與 Ariane 5 使用的太空／軍規技術形成鮮明對比。

然而，對於必須在太空中保持高效能的高可靠度系統，COTS 元件仍需改造與驗證，這需要專業技術。想要進入「新太空」（New Space）市場或從近地任務轉向深空探索的公司，必須與具有實績的半導體供應商合作，將 COTS 元件升級至符合太空任務嚴苛需求的等級。

圖二 : Microchip 的解決方案：從COTS到太空認證

Microchip 為客戶提供從 COTS 到太空認證元件的直接途徑。這種方法提供可擴展、可客製化的解決方案，滿足每個任務的獨特需求。這種彈性對於快速變化、持續進化的太空產業至關重要，新技術與新任務型態不斷湧現，Microchip 正在降低太空商業化與探索的門檻，促進更廣泛的太空技術與創新應用。

短期來看，太空半導體的未來將融合多種策略：升級 COTS 元件、運用我們的飛行經驗開發 sub-QML 等級產品以降低篩檢需求、降低成本與縮短交期，並客製化製程以符合特定任務需求。透過結合這些方法，我們將持續確保太空半導體的強韌與可擴展未來。

結論

半導體元件在太空任務中至關重要，為嚴酷的太空環境提供必要的可靠性與高效能。隨著太空產業不斷發展，對可靠且高效能半導體元件的需求只會日益增加。

(本文作者為Microchip航太與國防事業部資深行銷經理)