通过优化IC在高温环境下的性能,防止钻井设备停机

挑战

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在工业应用中,诸如石油和天然气的钻井,需要在深井、高温环境下,操作精密电子设备。恶劣的运行环境为钻井公司和机械设备均带来了巨大的挑战。 对于这些电子设备而言,保持高可靠性以降低停机风险是至关重要的。

大多数深井电子设备使用的半导体集成电路为工业级(温度范围为-40至+85℃),或是军工级(温度范围为-55至+125℃)。当其超出规格限制运行时,或将致使性能骤降,乃至引发设备故障。在深井钻探应用中,井深可达5 km或更深,考虑到缺乏空气流动和其他冷却材料等因素,平均温度很容易达到或超过200°C。

某一全球最大的井下钻孔设备供应商,其设备曾遭遇大范围的故障,因此需要罗彻斯特电子的工程技术协助来确定故障的根本原因,并为其改善系统性能。

 

解决方案

在半导体器件认证和测试方面,罗彻斯特电子拥有丰富的经验。通过与客户密切合作,从而发现关键性能问题,并提出解决方案。正如该客户的应用,要求所提供的实时时钟(RTC)需在+175℃的高温下运行,同时必须保持时序的精确度。

罗彻斯特电子的工程团队对IC样品进行了评估,发现其中有些失效了。随后,开发并配置了专用的测试硬件,并使其承受极端温度。 此外,还为自动测试设备(ATE)开发了新的测试程序,进而优化产品,使其具备超出产品标准参数的性能。

在项目的第一阶段,罗彻斯特电子的工程团队提供了佐证,表明实时时钟在+175°C的温度下仍能正常运行,并且在高温下不存在导致IC或设备立即故障的热参数 “失控”问题。 这一发现,引导我们的工程团队对供给至RTC的系统参数进行评估分析。

在项目的第二阶段,罗彻斯特电子的工程师开发了客户系统电路的仿真模型,构建了所有元器件的高温特性。 从而,工程团队能够复制出高温情况下所发生的故障。我们的团队与客户一起密切协作,准确地预判出导致故障的根本原因。基于此,我们建议对板级电路进行重大设计变更,从而降低故障风险,以大幅提升设备的运行效率。

通过建模以了解故障机理,并与客户密切合作,对板级电路设计进行简单变更后。现在,客户便能够在高温环境下长时间使用设备,从而大幅减少了停机时间,同时提升了整体盈利能力。

案例下载:高温环境下IC性能的优化

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