上がセラミック、下がプラスチックのパッケージ (C)TI

あまり聞き慣れない単語かもしれないが、「アウトガス」という用語をご存じだろうか？。これは、真空中で固体材料から放出される気体のことだ。主にプラスチックなど、有機材料が放出しやすく、宇宙空間では様々な問題を引き起こす、非常に厄介な存在として知られている。 【図表】TIの宇宙用製品の比較表 (C)TI そのため、衛星や探査機などの宇宙機に搭載される半導体製品は、従来、アウトガスをほぼ放出しないセラミックパッケージが一般的だったが、近年、材料技術の進歩により、プラスチックパッケージの採用例も増えてきている。

本稿で注目したいのは、2022年に策定されたばかりの新規格「QML Class P」(QML-P)だ。このプラスチックパッケージ向けの新しい規格の策定は、米Texas Instruments(TI)が主導。これで何が変わるのか、メリットは何か、気になる点を同社スペースパワー事業部製品ラインマネージャのJavier Valle(ハビエル・バジェ)氏に聞いた。

■なぜアウトガスは問題になるのか？ 「ガスの問題」と聞いてまず思うのは、「人体に有毒なのか？」ということだろう。たとえば有人宇宙船の内部などではこういう問題は起こり得るのだが、空気中で発生するガスは「オフガス」と呼ばれ、アウトガスとはまた別の問題なので、ここではこれ以上掘り下げないことにする。 では、人間がいない真空中なのに、どんな悪さをするのか？。ガスが発生しても、そのまま宇宙空間に出て行ってくれれば良いのだが、機体のどこかに接触して冷やされると、再び凝縮。これがセンサー部などだと、観測に支障が出てしまう。過去の有名な事例としては、たとえば土星探査機「カッシーニ」のレンズが曇った話がある。 参考:Cassini Camera Haze is Removed アウトガスの問題を予防するため、小惑星探査機「はやぶさ2」は打ち上げ直後、イオンエンジンで「ベーキング」と呼ばれる作業を行っていた。真空になったばかりの機体では、特にアウトガスが発生しやすい。これは、真空度が重要なイオンエンジンのために、温度をわざと上げることで、アウトガスを出し切っておく、という運用である。 参考:小惑星探査機「はやぶさ2」は極めて順調 - JAXA記者会見から現状を徹底解説 アウトガスはそのほか、太陽電池表面に付着すれば発電能力が低下するし、放熱面に付着すれば冷却性能が低下する。あまり話題になることはないが、アウトガスの存在は、衛星/探査機の寿命や機能に直結する、深刻な問題なのだ。 ■セラミックとプラスチックの違い では、ここで話を本題である半導体製品に戻そう。 伝統的に、宇宙ではセラミックパッケージが使われてきた。しかし、衛星/探査機の性能は、年々向上。軌道上で様々なデータ処理を行うようになり、計算機に搭載される半導体製品には、それまで以上の高い性能が要求され始めた。しかも、宇宙では電力、重量、サイズに厳しい制約があり、いくらでもリソースを使えるわけでは無い。