Optimierung der IC-Leistung bei hohen Temperaturen
Die Kundenherausforderung
Industrielle Anwendungen wie das Tiefbohren nach Öl und Gas finden in den rauesten Umgebungen für mechanische Werkzeuge statt. Eine Herausforderung für
Bohrunternehmen ist das Bedürfnis, komplizierte Elektronik in großen Tiefen mit hohen
Temperaturen zu verwenden. Für diese Elektronik ist es kritisch, die Zuverlässigkeit
aufrechtzuerhalten, um die Ausfallzeiten zu minimieren.
Eine Großzahl der in großen Tiefen verwendeten Elektronikausrüstung setzt integrierte Halbleiterschaltungen ein, die für den industriellen Temperaturbereich -40 bis +85ºC
oder den militärischen Temperaturbereich -55 bis +125ºC geeignet sind. Wenn die Komponenten außerhalb dieser Spezifikationsgrenzen betrieben werden, kann ein Leistungsabfall und sogar ein Geräteausfall auftreten. Bei Anwendungen in großen Tiefen können die Schächte 5 km Tiefe oder noch größere Tiefen erreichen; kombiniert mit dem Nichtvorhandensein eines Luftstroms und sonstiger Kühlungsmaterialien können die Durchschnittstemperaturen problemlos 200ºC erreichen oder übertreffen.
Einer der größten Anbieter weltweit von Ausrüstung für das Tiefbohren hatte bedeutende Verluste in der Ausrüstungsrendite erlitten und benötigte die technische Unterstützung von Rochester, um die Hauptursache der Ausfälle zu ermitteln und seine Systemleistung zu verbessern.
Die Lösung von Rochester
Rochester Electronics hat umfangreiche Erfahrung in der Qualifizierung von Halbleitervorrichtungen und Prüftechnik, was es uns ermöglicht, mit unseren Kunden zusammen zu arbeiten, um wichtige Leistungsprobleme ausfindig zu machen und Lösungen vorzuschlagen.
Für die Anwendung dieses Kunden musste die Real Time Clock (RTC) von Rochester bei Temperaturen bis zu +175ºC funktionieren und dennoch eine Zeitgenauigkeit erfüllen.
Das Ingenieursteam von Rochester untersuchte Beispiele von Geräten – manche, die ausfielen und andere, die bestanden haben. Es wurde eine besondere Test-Hardware entwickelt und konfiguriert, um die extremen Temperaturen zu überstehen. Außerdem wurden Testprogramme für die ATE (Automated Test Equipment, automatisierte Testausrüstung) von Rochester geschrieben, welche die Geräteleistung außerhalb der Datenblattspezifikationen charakterisierten.
In Phase 1 des Projektes erbrachte das Ingenieurteam von Rochester Nachweis, dass die Echtzeit-Uhrsysteme immer noch bei Temperaturen bis +175ºC funktionsfähig waren und dass keine parametrischen, thermischen Probleme durch „Ausreißer“ vorlagen, die bei hohen Temperaturen einen sofortigen Geräte- oder Systemausfall verursachten. Dies sorgte dafür, dass unser Ingenieurteam die Systemparameter untersuchte, die die RTC versorgten.
In Phase 2 des Projekts entwickelten die Ingenieure von Rochester ein simuliertes Modell des Systemschaltkreises des Kunden, welches sich durch hohe Temperaturtendenzen für alle Komponenten auszeichnete. Das Ingenieurteam war in der Lage, Ausfälle bei hohen Temperaturen nachzuahmen. Das Team von Rochester arbeitete Hand in Hand mit dem Kunden und zusammen konnte die Grundursache genau ausfindig gemacht werden. Dies ermöglichte es Rochester, wichtige Änderungen bei den Leiterplatinen vorzunehmen, um Ausfälle zu minimieren und das Ergebnis erheblich zu verbessern.
Durch die Modellierung, die Erkenntnis des Ausfallmechanismus und durch Zusammenarbeit mit dem Kunden, um einfache Änderungen der elektrischen Schaltkreise vorzunehmen, ist der Kunde jetzt in der Lage, seine Ausrüstung für längere Zeiträume bei hohen Temperaturen zu betreiben und dadurch die Ausfallzeiten zu minimieren und die allgemeine Rentabilität zu verbessern.
