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如何提高IC芯片的耐高温性能

电力电子 | 发布时间:2018-09-03 | 人气: | #评论# | 本文关键字:IC,芯片,绝缘硅片,双极性工艺硅技术
摘要:对于采用标准设计的集成电路,其最高工作温度通常仅规定为125°C。除此之外,如果将这类集成电路暴露于极端温度环境下,其性能和可靠性往往还会受许多因素的影响而有所降低。例如,衬

对于采用标准设计的集成电路,其最高工作温度通常仅规定为125°C。除此之外,如果将这类集成电路暴露于极端温度环境下,其性能和可靠性往往还会受许多因素的影响而有所降低。例如,衬底漏电流以指数方式增加以及器件参数随温度变化都会导致性能大打折扣。而诸如电子迁移等硅片级问题以及线焊磨损等封装级问题也会损害可靠性。为了克服这些挑战,ADI 的高温产品系列特采用创新硅工艺、封装和测试技术进行设计,并且经认证可在高温环境下工作。

硅工艺

ADI 的多款HT(High Temperature)产品中都采用了自主研发的绝缘硅片 (SOI) 双极性工艺硅技术。在下图中,我们对比了采用普通结隔离 (JI) 双极性工艺与SOI工艺的典型NPN晶体管。JI工艺图中的箭头指出了器件内电流泄漏的路径,以及电流泄漏到衬底的寄生路径(黑色箭头)。


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随着温度的升高,电流泄漏的影响会呈指数级增长,进而大大降低器件的性能。SOI工艺使用SiO2绝缘电介质层来阻隔衬底中的寄生电流。通过消除这种寄生泄漏路径,即使在非常高的温度环境中,也能够使器件性能保持稳定。

高级封装

ADI专为HT塑料封装打造的线焊工艺是在高温环境中保证封装可靠性的另一项助力技术。普通的金/铝线焊将随着温度的升高而退化,形成含空隙的易碎金属间化合物,削弱焊接强度。整个过程可能只需要几百个小时。我们的HT塑料封装多加了一道镍钯金金属化工序(以覆盖的形式显示),以获得金焊盘表面,然后与金线一起实现精致的金属焊接,从而避免形成金属间化合物。


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下图显示了使用该项技术所获得的可靠性提升——在高温环境中,标准金/铝焊接在500小时后便会出现明显的空隙并形成金属间化合物,而右侧采用镍钯金金属化工艺的焊接在6000多小时后依然完好无损。


195℃下500小时后的金/铝线焊

195℃下500小时后的金/铝线焊

195℃下6000小时后加装镍钯金隔离的金/金线焊

195℃下6000小时后加装镍钯金隔离的金/金线焊

可靠性认证

ADI 的 HT 产品工序流程中包含针对高温应用需求定制的综合可靠性认证计划。所有HT产品均符合 JEDEC JESD22‐A108 规范的高温运行寿命 (HTOL) 测试。每款产品都有至少三个批次需要在最高温度下进行最少 1000 小时的测试,确保符合数据手册技术规格。除了上述这类和其他认证测试之外,还将进行鲁棒性测试(如闩锁免疫)、MIL-STD-883 D 组机械测试以及 ESD 测试。高温产品系列的可靠性报告可应要求提供。


ADI 凭借先进的设计技术、可靠的硅工艺、创新的包装以及全面的评定这些独特的能力,开发出在极端恶劣的高温环境中必须具有高性能、高可靠性、小巧封装和低功耗的产品。以下的几款产品便是 ADI 专门针对极端温度而设计,它们可以在 175°C 和 210°C 温度下工作。

  • ADG5298:高温(高达210°C)、高电压、防闩锁型、8通道多路复用器

  • ADG798:高温(高达210°C)、低电压8通道多路复用器

  • ADXRS645:高温、抗振动、±2000°/s陀螺仪

  • AD8229:1NV/√HZ低噪声、210°C仪表放大器

  • AD7981:耐高温、16位、600 kSPS PulSAR® ADC

  • AD8634:高温、低噪声、轨到轨输出双通道运算放大器

  • ADXL206:精密、±5 g、双轴、高温iMEMS 加速度计

  • ADR225:高温、低漂移、2.5V微功耗基准电压源

  • ADT7312:汽车应用、±1°C精度、裸片形式的16位175°C数字SPI温度传感器 

这些能够在高温环境下工作的 IC,既节省了工程设计时间,又降低了失败风险,使高性能系统在与之前可行环境相比更加极端的环境下可靠工作。

责任编辑:提高IC芯片的耐高
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