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高溫集成電路是製約高溫壓力變送器研製的重要因素

發布時間:2016-2-25      發布人:向日葵app视频傳感      點擊:

過去,由於無法獲得高溫IC,石油和天然氣等行業的高溫壓力傳感器的設計隻能使用遠高於額定規格的標準溫度器件。有些標準溫度的IC確實能在高溫下工作,但是使用起來非常困難,並且十分危險。例如,工程師必須確定可能選用的器件,充分測試並描述其溫度性能,並驗證其長期可靠性。器件的性能和壽命經常會大幅遞減。這一過程充滿挑戰且昂貴耗時:器件驗證需要用高溫印刷電路板(PCB)和設備在實驗室烤箱中進行測試,測試時間至少應達到任務剖麵所需的時間。由於可能麵臨新的故障機製,測試速度很難加快。測試過程中如出現故障,需要再次選擇器件並經過長期測試,從而延長項目時間。此外,工作情況無法獲得保證,性能可能隨器件批次而變化。具體而言,IC工藝變化會在極端溫度時導致意外故障。

高溫壓力變送器

塑料封裝隻在不超過約175°C時保持魯棒,且工作壽命減少。在這一溫度限值附近,如果不進行昂貴耗時的實驗室故障分析,很難區分故障是因封裝還是矽材料引起的。陶瓷封裝的標準器件供貨較為稀缺。

惡劣環境下使用的集成電路通常不僅要能承受高溫,還要能承受衝擊和振動。許多傳感器工程師都喜歡采用帶引腳的封裝,因為這些封裝可以為PCB提供更加魯棒的安裝。由於其他行業傾向於小型無引腳封裝,會進一步限製器件的選擇。最好采用裸片形式的器件,尤其是在器件隻提供塑料封裝的情況下。然後,芯片可以采用符合高溫的密封封裝或多芯片模式重新封裝。但是,能夠在高溫下工作的器件原本就不多,能夠通過測試的芯片就更少。

由於時間和測試設備限製,業界工程師可能傾向於將器件的條件限製在特定的應用電路中,而不是涵蓋所有的關鍵器件參數,使器件難以不經進一步測試便重新用於其它項目。數據手冊未列出的關鍵IC屬性(如金屬互連的電子遷移)可能在高溫時引起故障。

針對高溫壓力傳感器設計並通過認證的IC要想在高溫條件下順利工作,必須能夠同時管理多個關鍵器件特性。其中一項最重要也是最為人熟知的挑戰是因為襯底漏電流上升而產生。其他因素包括載流子遷移率, 下降、VT, β, 和 VSAT, 等器件參數變化、金屬互連電子遷移增加,以及電介質擊穿強度下降。雖然標準矽可以在125°C以上的軍用溫度要求下正常工作,但每上升10°C,標準矽工藝中的泄露就會增加一倍,許多精密應用都不能接受這一情況。溝道隔離、絕緣矽片 (SOI)和標準矽工藝中的其他變化都會大大降低泄露,使高性能工作溫度遠高於200°C。碳化矽(SiC)之類的寬帶隙材料會使性能進一步提升,實驗室研究顯示,碳化矽IC可在高達600°C下工作。但是,SiC是一種新型的工藝技術,目前市場上隻有功率開關之類的簡單器件。本文由向日葵app视频傳感歸納整理,轉載請保留。