アルテミス2でのルネサス耐放射線ICの採用　どのように放射線耐性を強化しているのか？

この記事で分かること

アルテミス2でのルネサス耐放射線ICの採用

　NASAの有人月探査ミッション「アルテミス2」の打ち上げ成功にあわせ、ルネサスエレクトロニクスの耐放射線IC（集積回路）が採用されていることが正式に発表されました。

　https://eetimes.itmedia.co.jp/ee/articles/2604/06/news031.html

　前回の無人ミッション「アルテミス1」に続き、今回の有人ミッションでも採用されたことで、その信頼性が再確認された形です。

どんな役割のICなのか

　アルテミス2で採用されているルネサスの耐放射線ICは、宇宙船の「生命維持」と「精密制御」を支える電源管理とアナログ信号処理の要として機能しています。深宇宙という極限環境において、主に以下の3つの役割を果たしています。

1. 電力の安定供給（パワーマネジメント）

　宇宙船「オリオン」やロケット「SLS」の電力源は太陽電池パネルやバッテリーですが、これらから得られる電圧は不安定です。

　ルネサスの電源用IC（電圧レギュレータなど）は、この不安定な電力を、搭載された精密なコンピュータやセンサーが動作するために必要な一定の低電圧（1.0V〜5.0Vなど）へ高精度に変換・維持します。いわば、宇宙船における「心臓のポンプ」のような役割です。

2. センサー情報の正確な伝達（アナログフロントエンド）

　宇宙船には温度、圧力、位置などを測る無数のセンサーが搭載されています。これらの微弱なアナログ信号を増幅し、ノイズを除去してデジタル処理しやすい形に整えるのがアナログICの役割です。

　この工程が正確でないと、機体の制御に狂いが生じますが、ルネサスのICは過酷な温度変化の中でも極めて高い精度を保ちます。

3. 放射線による故障・誤作動の防止

　地球磁場に守られていない深宇宙では、高エネルギーの宇宙線が半導体の回路を直撃します。通常のICでは、回路が焼き切れる「ラッチアップ」や、ビットが反転して計算が狂う「ソフトエラー」が発生しますが、ルネサスの耐放射線ICは以下の対策を講じています。

• 物理的保護: 特殊な絶縁構造や材料（SOI技術など）を用いて電流の暴走を防ぐ。
• 冗長設計: 回路を多重化し、一箇所が被弾しても他の回路が補完して正常な出力を維持する。

　これらの技術は、旧インターシル社が長年培った宇宙開発の知見がベースとなっており、有人ミッションにおいて宇宙飛行士の安全を守るための「最も信頼性が求められる部品」として選ばれています。

なぜ放射線耐性が強いのか

　ルネサスの耐放射線ICが深宇宙の過酷な環境に耐えられる理由は、一般的な半導体とは異なる「特殊な材料・構造」と「独自の回路設計」、そして「厳格な製造プロセス」の3点に集約されます。

1. 物理的な構造と材料の工夫（SOI技術など）

　通常の半導体はシリコン基板上に作られますが、宇宙線（高エネルギー粒子）が衝突すると、基板内に不要な電荷が発生し、回路が短絡（ショート）して焼き切れる「ラッチアップ」という現象が起こります。

　ルネサスはこれを防ぐため、SOI（Silicon on Insulator）という技術を用いています。これはシリコン層の間に薄い絶縁膜を挟み込むことで、各素子を完全に独立させる構造です。これにより、放射線によって発生した電荷の移動を物理的に遮断し、致命的な故障を回避します。

どんな絶縁膜を挟んでいるのか

　主に二酸化ケイ素（SiO2）という絶縁体を用いた「埋め込み酸化膜（BOX層）」を挟んでいます。

　通常のシリコンウェハが単一の材料で作られるのに対し、ルネサスが採用するSOI（Silicon on Insulator）構造では、シリコン基板と表面のデバイス層の間に、この薄い酸化膜の層を物理的に挟み込みます。

　この絶縁膜があることで、宇宙放射線（重イオンなど）が衝突してシリコン内部に不要な電荷が発生しても、それが他の素子へ流れ込むのを遮断できます。

　これにより、回路が異常な大電流で焼き切れるラッチアップ現象を根本的に防ぐことができるのです。

2. 回路レベルでのエラー訂正（冗長設計）

　放射線は「ビット反転」という、メモリ内の0と1を入れ替えてしまうエラー（ソフトエラー）も引き起こします。ルネサスはこれを防ぐために「3重系（TMR: Triple Modular Redundancy）」という設計を採用しています。

　これは、全く同じ計算を行う回路を3つ並列に動かし、その出力を「多数決」で判定する仕組みです。

　たとえ1つの回路が放射線で誤作動しても、残りの2つが正しい値を出していればシステム全体としては正確な情報を送り続けることができます。

3. 硬化（Hardening）プロセスの徹底

　製造段階でも「耐放射線性能」を練り込みます。トランジスタのゲート酸化膜を薄くしたり、レイアウトを工夫して電荷が溜まりにくい形状にしたりするなど、数千項目に及ぶ宇宙用独自の設計ルールが適用されています。

　また、完成した製品は、実際に地上で高エネルギー放射線を照射する過酷なテストをクリアしなければなりません。

　ルネサスが買収した旧インターシル社は、半世紀以上にわたってこの「宇宙環境での故障データ」を蓄積しており、そのデータベースに基づいた材料選定と設計の最適化が、他社の追随を許さない圧倒的な信頼性の源泉となっています。

なぜルネサスの耐放射線ICが採用されたのか

　ルネサス（旧インターシル）の耐放射線ICが「アルテミス2」に採用された理由は、単なるスペックの高さだけでなく、「歴史的実績」「規格への適合」「前ミッションでの成功」という3つの決定的な信頼要因があるからです。

1. 60年にわたる宇宙開発の「遺産」

　ルネサスが買収したインターシル（Intersil）ブランドは、1950年代の宇宙開発黎明期からNASAのプロジェクトに深く関わってきました。

　ボイジャー、ハッブル宇宙望遠鏡、歴代の火星探査機など、ほぼ全ての主要ミッションで採用されてきた歴史があります。

　 この長年の運用を通じて蓄積された「どの程度の放射線で、回路のどの部分がどう劣化するか」という膨大な実測データが、他社の追随を許さない設計の正確性を生んでいます。

2. 最高峰の品質規格「Class V」への準拠

　宇宙用半導体には、米国国防総省が定めるMIL-PRF-38535 Class-Vという極めて厳しい品質基準があります。

• 厳しい試験: 振動、衝撃、極低温から高温への急激な変化、そして長期間の放射線照射試験を全てクリアする必要があります。
• 専用ライン: ルネサスはこの規格に適合した専用の製造ラインと、宇宙用部品を専門に扱う熟練したエンジニアチームを維持しており、有人ミッションに求められる「ゼロ・フェイリア（故障ゼロ）」の要求に応えられます。

3. アルテミス1号での「実証済み」という強み

　最大の理由は、前回の無人ミッション「アルテミス1」での成功です。

　宇宙船「オリオン」の電源システムなどに搭載されたルネサス製品が、月周回軌道という過酷な環境下で完璧に動作したことが証明されました。飛行士の命を預かる「アルテミス2」では、不確実な最新技術よりも、「実際に宇宙で動いた実績があるもの」が最優先されます。

4. 供給体制の安定性とポートフォリオ

　ルネサスは、電源ICからデジタル制御を支えるアナログICまで、宇宙用部品の幅広いラインナップをワンストップで提供できる数少ないメーカーです。システム全体を同じメーカーの高信頼性部品で統一できることは、宇宙船全体の設計ミス（互換性トラブルなど）を防ぐ大きなメリットとなります。