高温環境用デバイス

Intro地下 1マイル での石油掘削装置の運転、あるいはジェット・エンジンの精密計測など、限界を超える過酷な温度条件での用途に特化したソリューションには、高い性能と信頼性が求められます。アナログ・デバイセズは、このような要求の厳しいアプリケーションのために、最大 175°C と 210°C で品質評価済みの高温環境向け製品を提供しています。

アナログ・デバイセズは、高温アプリケーションのニーズに対応するために独自の技術を開発してきました。

  • 先進的な設計手法
  • 堅牢なシリコン・プロセス
  • 革新的なパッケージング
  • 包括的な品質評価とテスト

このような技術により、アナログ・デバイセズは、極度に過酷な高温環境でも高性能、高信頼性、小フットプリント、低消費電力を実現する製品を作り出しています。

おすすめ製品

 

高温環境用デバイスを実現する技術

はじめに

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通常、標準的な集積回路は最大使用温度 125°C で仕様が定められ、設計されています。これを超える温度では、高温への曝露に伴い、数多くの要素が性能と信頼性を低下させるおそれがあります。例えば、温度の上昇とともに基板の洩れ電流が急増してデバイスのパラメータが変化し、性能が大幅に低下することがあります。エレクトロマイグレーションなどのシリコン・レベルの問題やワイヤ・ボンドの断線といったパッケージ・レベルの問題が発生して、信頼性も低下するかもしれません。こうした課題を克服するために、当社の高温環境用ポートフォリオ製品は、革新的なシリコン・プロセス、パッケージング、テスト技術を適用し、特に高温環境下での動作用に設計され、品質評価が行われています。

シリコン・プロセス

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アナログ・デバイセズの複数の HT 製品(高温環境用製品)には、シリコン技術の 1 つとして当社の SOI(Silicon‐On-Insulator)バイポーラ・プロセスが利用されています。下の図は、通常の JI(Junction Isolated)バイポーラ・プロセスに基づく代表的な NPN トランジスタと、SOI プロセスを比較したものです。JI プロセスの矢印は、デバイス内の漏れ電流の経路と、基板への漏れ電流の寄生経路を表しています(黒の矢印)。
 
温度が上昇すると、洩れ電流の影響も急激に増大して、デバイスの性能が大幅に低下します。SOI プロセスには絶縁材の役割を果たす SiO2 の誘電体層が使われており、寄生電流が基板へ流れ込むのを防ぎます。この寄生漏れ電流の経路をなくすことで、非常に高い温度までデバイスの性能を維持することができます。

Figure 5

先進的パッケージング

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高温時のパッケージの信頼性を維持するもう 1 つの技術が、アナログ・デバイセズの HT プラスチック・パッケージ用特殊ワイヤ・ボンド・プロセスです。通常の金/アルミニウム・ワイヤ・ボンドでは、温度の上昇とともに不安定な金属間化合物が生成されてボイドが生じ、ボンディングの強度を低下させます。このような欠陥は、わずか数百時間で発生することもあります。当社の HT プラスチック・パッケージには、金のボンド・パッド面を形成するために、NiPdAu を使用するメタライゼーション・ステップが 1 つ追加されています(タイル部分)。このボンド・パッド面で、金のワイヤとともに単一金属のボンディングを実現し、金属間化合物を形成しません。下の写真は、この技術により得られる信頼性の向上を示しています。タイル面の標準的な Au/Al ボンディングには、500 時間でボイドと金属間化合物が形成されるのがはっきり分かりますが、NiPdAu メタライゼーション・プロセスを使用した右側のボンディングでは、高温環境への曝露が 6000 時間を超えても正常な状態が保たれています。

Advanced Packaging Nickle Palladium

 

195°C で 500 時間経過した
Au/Al ワイヤ・ボンド


Advanced Packaging AuAi Posts

195°C で 6000 時間経過した
NiPdAu バリア付きの Au/Au ワイヤ・ボンド


Advanced Packaging AuOPMi Bond



信頼性の確認

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Reliability Qualification

アナログ・デバイセズの HT 製品用プロセス・フローには、高温環境アプリケーションのニーズに合わせた信頼性確認プログラムが含まれています。すべての HT 製品は、JEDEC JESD22‐A108 仕様に基づく高温動作寿命試験(HTOL)によって品質評価を行います。製品ごとに少なくとも 3 つのアセンブリ・ロットを対象に、最大温度で少なくとも 1000 時間の試験を実施し、データシートの仕様に適合していることを確認します。このような品質評価試験のほかに、ラッチアップ耐性、MIL-STD-883 グループ D の機械的試験、ESD などの堅牢性試験も実施します。高温ポートフォリオ製品の信頼性試験レポートをご希望の方は、アナログ・デバイセズへお問い合わせください。

シグナル・チェーン

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下ブロック図中の各パーツをクリックしてください。

評価キット

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EVAL-ADG798 ブロック図

製品概要

The EVAL-ADG798EB1Z is the evaluation board for the ADG798 high temperature 8:1 multiplexer. The entire board assembly is constructed with high temperature compliant materials and is suitable for short duration device evaluation up to 210°C.


The ADG798 is soldered to the center of the evaluation board, and headers are provided to connect to each of the source and drain pins. A 4-pin header powers the device and provides a user defined digital logic supply voltage.


Full specifications on the ADG798 are available in the ADG798 data sheet, which should be consulted in conjunction with user guide UG-1039 when using the evaluation board.

EVAL-ADXRS645 ブロック図

製品概要

The EVAL-ADXRS645Z is a simple, compact breakout board that facilitates quick performance evaluation of the high temperature ADXRS645 ±2000°/sec analog output single-axis rate gyroscope. Use this evaluation board to evaluate performance on the bench, over temperature, and to facilitate system integration.


The EVAL-ADXRS645Z has two sets of 5-lead, 0.1 inch pin spaced plated through holes that make electrical connections between the ADXRS645 and the existing system. The EVAL- ADXRS645Z also provides four mounting holes for mechanical attachment of the board to the application.


The dimensions of the EVAL-ADXRS645Z are 1.275 inch × 1.275 inch (32.38 mm × 32.38 mm) with two sets of mounting holes. The outer set of holes is 0.15 inch (3.81 mm) in diameter and arranged in a 1.0 inch × 1.0 inch (25.4 mm × 25.4 mm) square around the center of the printed circuit board (PCB). 


All parts in the Bill of Materials section (including polyimide laminate PCB) are rated for high temperature, 175°C, for short duration testing at elevated temperatures. The assembly has not been qualified for extended use at high temperatures.


The schematic and board layout, as well as the board itself, indicate the pin names for easy identification. For additional information on the pin functions, refer to the ADXRS645 data sheet.


R2 is a solder link jumper that connects VRATIO to the VCC input (see Figure 2) on the board. R2 is installed by default and must be removed if a separate VRATIO is desired.


A resistor can be installed in the R1 footprint to extend the measurement range of the device. Refer to the ADXRS645 data sheet for more information on this feature.

EVAL-ADG5298 ブロック図

製品概要

The EVAL-ADG5298EB1Z is the evaluation board for the ADG5298 high temperature 8:1 multiplexer. The entire board assembly is constructed with high temperature compliant materials and is suitable for short duration device evaluation up to 210°C.


The ADG5298 is soldered to the center of the EVALADG5298EB1Z evaluation board, and headers are provided to connect to each of the source and drain pins. A four pin header powers the device and provides a user defined digital logic supply voltage.


Full specifications on the ADG5298 are available in the ADG5298 data sheet, which should be consulted in conjunction with user guide UG-1038 when using the EVAL-ADG5298EB1Z evaluation board.