标签: 高温

百佳泰/Blake Chu 现今 SSD 主流已从当初的 2.5 吋 SATA SSD 进化到体积只有一半不到的 M.2 NVMe SSD 。当体积越小，代表了速度将有明显地提升，延迟也会降低，而体积小的 SSD 也更能应用在更广泛的地方，如车载系统、亦或是未来 5G 架构系统的应用。 NAND Flash 为 SSD 内部担任储存数据的组件，一般来说，影响 NAND Flash 数据保存，除了抹写次数（ PE/Cycle ），温度也是另一个因素；如在极端的条件下使用，在长时间与不同的温度变化也会对 NAND Flash 数据保存（ Data Retention ）造成影响。为何这两点会影响到 SSD 数据保存呢？我们简单概述一下 NAND Flash 基本原理。 NAND Flash 基本操作的主要三动作： 写入 、 读取 、 抹除 。 写入 : 数据在 NAND Flash 中是以电子形式（ electrical charge ）储存。储存电子的高低电位，取决于 Control Gate 所被施加的电压（图 1 ），当一正电压加于 Control Gate 时，传送电子通过第一个绝缘体进入 Floating Gate 内，当 Floating Gate 被注入负电子时，在位中 1 就会变成 0 ，此时为写入。 读取 : 当读取数据时，同样会在 Control Gate 施加电压，吸住 Floating Gate 里的电子，利用电流来感应 Floating Gate 里的电子数量，靠感应到的电子数量转换为二进制的 0 与 1 ，最后输出成数据，此时为读取。 抹除 : 当 Control Gate 加进负电压时，会将电子传送到 Floating Gate 外，而当负电子从 Floating Gate 移除后，位也就从 0 变回 1 ，此时为抹除。 图 1 随着读取、抹写次数上升，电子多次穿越将造成漏电情况，也就是电子无法维持在 Floating Gate ，而导致数据错误。此类型情况也会随着芯片制程提升（ TLC ），导致薄膜层越薄，使电子穿越所能承受的次数变的更少。另一方面，当 SSD 处于高温下，也会影响电子的行为导致无法正确保存数据。针对上述情况， JEDEC 固态技术协会已对一般客户及企业订出了温度规范（图 2 ），可见温度对于 SSD 数据存储的影响不可小觑。 图 2 SSD 高温老化测试案例分析 由于车用乃至于工业用的 SSD ，特别注重数据保存能力以及可在高温下维持功能与性能（如延迟时间（ Latency ））。百佳泰针对温度是否会对 SSD 数据保存（ Data Retention ）造成影响，特别挑选四个市面上常见 M.2 NVMe SSD 来进行高温老化测试，利用长时间高温加速老化，观察这些 SSD 在接近寿命终点时的情况。 在进行测试实验前，我们已将这些 SSD 维持相同的条件：已经使用过一段时间、并写入了大量的数据（写入数据内容依据 JEDEC 协会规范制定）。在确认 SSD 状态以及 SMART （ Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology ）皆正常后，将 SSD 断电放进烤箱，设置 4 种不同时间与温度进行测试。当完成指定的长时间温度测试后，再将 SSD 从烤箱取出，最终在测试仪器上执行 SSD SMART 检查以及全碟读取检查。 ( 图 3) 图 3 Phase 0: 40°C/24HR 第一阶段测试我们先用正常温度 40°C 来检视这 4 个 SSD 状态，作用于基准值并跟后续高温测试进行比较。从图 4 来看，经过 40°C/24HR 后， 4 个 SSD 在执行全碟读取检查的运行时间相差不大；但 SSD A 所需的时间较其他三个长一些。 另从全碟读取检查的指令响应时间统计百分比来看（图 5 ）， SSD A 的延迟时间在 Rank B 区间较其他三颗稍多了些。 图 4 图 5 (Rank A 低于 0.5mSec ，代表延迟低，性能好；而当 Rank 高于 10mSec ，则代表延迟高，性能差。故 Rank 能集中在 AB 是相对好的 ) Phase 1: 125°C/24HR 第二阶段测试我们进入高温状态（ 125°C ）并连续 24 小时烘烤 SSD ，来观察 125 度高温是否对 SSD 有影响。从图 6 来看，经过 125°C/24HR 后， 4 个 SSD 在执行全碟读取检查的运行时间都因为高温而变长；而 SSD A 在这阶段的测试里所需的时间也相较于其他 3 颗明显变得更长，从结果判断得知 SSD A 会因高温而影响效率。 从全碟读取检查的指令响应时间统计百分比来看， SSD A 开始在 Rank C/D 出现些许延迟的现象； SSD B 也表现出轻微的延迟， SSD C & D 则未有明显的影响。到目前为止 4 个 SSD 尚未出现状态错误（ SMART error ），或 command error 的情况发生。 图 6 Phase 2: 125°C/120HR 从 Phase 1 结果来看， 4 个 SSD 的性能尚未分出胜负。这一阶段，我们一样维持 125 度，但将时间拉长 5 倍到 120HR 观察。从图 7 来看，经过 125°C/120HR 后， 4 个 SSD 都因为长时间高温让执行全碟读取检查的运行时间拉长，尤以 SSD A 来看，所需的时间竟拉到了近 5 小时之高。 从全碟读取检查的指令响应时间统计百分比来看， SSD A 因在长时间及高温的状态下，呈现高延迟现象；相较于 Phase 1 的 Rank D 数据，竟达 12 倍之多的差距（ 18.8% ）。此外， SSD B 也不遑多让，延迟时间相对提升；而 SSD D 也在此时开始出现延迟的情况（ Rank B ）。 在这一阶段测试环节中， SSD C 全身而退，尚未出现任何影响。到目前为止 4 颗 SSD 也还未出现状态错误（ SMART error ），及 command error 情况发生。 图 7 Final Phase: 150°C/168HR 从先前 3 个测项结果来看， 4 个 SSD 尚未出现状态错误（ SMART error ），但已有两个 SSD 出现明显延迟，导致性能显著下降。为了测试极端状况并加速老化速度，在最后一项测试环节我们将温度提升至 150 度，时间拉长 7 倍，总共 168HR ，从中观察这 4 个 SSD 在极端条件会出现什么样的情况。 从测试结果中（图 8 ）我们发现 SSD A 在烤完拿到仪器上开始执行全碟读取检查时就出现问题，除无法正常读取外， SSD 固件回报也呈现状态错误（ SMART error ）。而 SSD C & SSD D 则是在全碟读取检查撑了一段时间后才出现 error 无法完成读取，随后也出现 SSD 固件回报状态错误（ SMART error ）。在最终测试环节中，只有 SSD B 脱颖而出，能完成全碟读取检查； SSD A 、 C 、 D 在全碟读取检查过程均发生 command error 情况，只有 SSD B 未出现状态错误（ SMART error ）及无 command error 的情况产生。 图 8 测试总结 纵观上述测试，我们可以发现随着长时间与温度的增加，部分 SSD 在执行全碟检查时效率下降；其中 3 个 SSD 也因时间不断的拉长以及温度的提升最终导致因数据保存出现问题而产生读取错误的情况。从低延迟时间级距 Rank A 来看，随着温度与时间不断增加，造成延迟时间的情况也随之加深，并导致控制器纠错时间增加，响应时间拉长。 值得一提的是， SSD B 表现优异，除顺利通过长时间高温测试外，在全碟读取检查延迟时间也都保持在高水平之上，相对其他 3 个 SSD 可靠不少。 图 9 结语 经过长时间高温的严峻测试，大部分 SSD 已无法负荷而出现数据保存问题，然而，还是有 SSD 能通过严苛的测试环境。虽现今 M.2 NVMe SSD 会因体积及散热等问题出现资料保存错误情况，但还是可以透过原料控制，以及控制器固件调校技术，让 SSD 能在严苛的条件中执行存取任务，完整保留数据，维持数据正确性。除了本次的测试案例外，百佳泰也可依照客户需求，针对温度 / 时间进行客制化、阶梯化设置，为您的产品迅速找出极限点；并从所提供的详细测试报告中协助您改善产品弱点，提升市场竞争力！

  “伟航牌 ” 单包装室温固化硅橡胶部分典型产品及其典型用途：          WH-81硅橡胶：（耐高温型） 一、性能及用途：        耐温高，在-50℃～270℃长期工作或-60℃～300℃环境下间断性工作，胶体仍能保持优良的电学性能和物理性能；也能长期工作在水煮水浸泡的环境下。多用于电热管管口灌封及耐高温元器件的粘结密封。特别适用于PTC发热器、蒸气电烫斗、电发热棒等高温发热电器的粘合、密封、绝缘、防水防潮等用途。比704胶耐温性更好。多用于电热管管口灌封及耐高温元器件的粘结密封。较稀253胶，可用于需350℃～400℃的电热管中作封口胶。电热管密封耐高温性好，专用于电加热管、蒸汽电熨斗及电子元件的绝缘密封，电热电器产品、PTC发热器。       无毒、无溶剂、无污染、无腐蚀、耐高温，常温下吸收空气中的水分固化，使用方便安全，属非危险品；优良的耐候、耐水、电气绝缘性能佳，快速固化，粘接范围广、效果好；性能稳定、应用范围广。 二、使用工艺：        1、清洁表面：将被粘或被涂覆物表面清理干净，并除去锈迹、灰尘和油污等。        2、施胶：拧开（或削开）胶管盖帽，将胶液挤到已清理干净的表面，使之分布均匀，将被粘面合拢固定。        3、固化：将被粘好或密封好的部件置于空气中让其自然固化。固化过程是一个从表面向内部的固化过程，在24小时以内(室温及55%相对湿度)胶将固化2～4mm的深度，如果部位位置较深，尤其是在不容易接触到空气的部位，完全固化的时间将会延长，如果温度较低，固化时间也将延长。在作进一步处理或将被粘结的部件包装之前，建议用户等待足够长的时间以使粘合的牢固和整体性不被影响。 三、注意事项：        操作完成后，未用完的胶应立即拧紧盖帽，密封保存。再次使用时，若封口处有少许结皮，将其去除即可，不影响正常使用。胶在贮存过程中，管口部也有可能出现少量的固化现象，将之清除后可正常使用，不影响产品性能。 四、固化前后技术： 以上机械性能和电性能数据均在25℃，相对湿度55%固化7天后所测。 贮存期(阴凉干燥处保存，保质期3~12个月)。 五、技术指标：   WH-441硅橡胶：（耐高温型） 一、性能及用途：        最大优点是耐高温优于81、耐水煮水浸泡，耐温好－60～+300,粘结好,流动性好,没有气泡,耐水性好,多用于PTC散热片表面的绝缘保护涂覆,瓷绝缘子槽防潮灌封及其它电器涂覆、灌封。尤对金属壁管附着力强，专用于电加热管，蒸气电熨斗及电子电器的粘合，密封，绝缘。PTC发热器、 汽车 、摩托车等各种机械设备的粘接，就地成型，耐油性好，可作免垫片。       无毒、无溶剂、无污染、无腐蚀、耐高温，常温下吸收空气中的水分固化，使用方便安全，属非危险品；优良的耐候、耐水、电气绝缘性能佳，快速固化，粘接范围广、效果好；性能稳定、应用范围广。 二、使用工艺：        1、清洁表面：将被粘或被涂覆物表面清理干净，并除去锈迹、灰尘和油污等。        2、施胶：拧开（或削开）胶管盖帽，将胶液挤到已清理干净的表面，使之分布均匀，将被粘面合拢固定。        3、固化：将被粘好或密封好的部件置于空气中让其自然固化。固化过程是一个从表面向内部的固化过程，在24小时以内(室温及55%相对湿度)胶将固化2～4mm的深度，如果部位位置较深，尤其是在不容易接触到空气的部位，完全固化的时间将会延长，如果温度较低，固化时间也将延长。在作进一步处理或将被粘结的部件包装之前，建议用户等待足够长的时间以使粘合的牢固和整体性不被影响。 三、注意事项：        操作完成后，未用完的胶应立即拧紧盖帽，密封保存。再次使用时，若封口处有少许结皮，将其去除即可，不影响正常使用。胶在贮存过程中，管口部也有可能出现少量的固化现象，将之清除后可正常使用，不影响产品性能。 四、固化前后技术： 以上机械性能和电性能数据均在25℃，相对湿度55%固化7天后所测。 贮存期(阴凉干燥处保存，保质期3~12个月)。 五、技术指标：

  作者：Mont Taylor， 德州仪器 ( TI )   关于设计井下石油和天然气钻具，存在各种各样的规定，其目的是要满足这种恶劣工作环境的诸多苛刻要求。除机械设计完整性和特种金属选择以外，对于能够嵌入到这些工具中的一些坚固耐用电子器件的需求也至关重要。在这些系统中使用一些现代电子器件，可以捕获更多关于油气构造以及钻柱位置和方向的数据。这让我们可以更加容易地找到和利用这些宝贵的资源。   几种工具必须在极端环境下工作，同时由于空间的限制，其必须将许多复杂的电子器件集成到一个非常小的空间中。其中的两个例子是随钻测井 (LWD) 和随钻测量 (MWD) 工具。这些系统必须实时检查钻柱和围岩，从而让在地面上的钻探工能够控制钻探的位置。在地表以下几千米深的地方记录测井数据和操作钻头的能力，让更高效的资源回收成为现实。   在现代钻探使用的所有电子器件中，最为常用的是数据采集器件，其目的是实现更好、更高效的钻探。能够采集到的岩层相关测井信息越多，意味着对位置和回收情况的判断越准确。数据采集系统的典型结构图包括多个放大器，它们直接使用来自传感器的数据，并将其提供给模数转换器 (ADC)（请参见 图 1 ）。之后，对这种数字数据进行处理，然后提供给其他工具，或者通过通信器件传到地面。需要使用电源管理和固态电压参考电路，以向所有系统提供输入，其为所有设计的关键组件，特别是许多都改为电池供电以后。     图 1 典型高温数据采集结构图 由于全世界对石油和天然气的需求不断增长，对这些重要资源的更高效钻探变得尤为重要。相比目前的一些钻井，这些碳氢化合物的位场越来越深，由此而来的温度也越来越高。因此，能够承受极端高压和 200oC高温的一些工具就成为必要。如果想要在没有昂贵冷却解决方案的情况下满足这些高温要求，则用于提供地层详细信息、通信以及对这些工具进行控制的电子器件，要求半导体取得这种应用资格。   高温电子器件让钻头操纵和水平钻法成为现实，从而最大化产油层。这些工具中的电子器件还拥有众多的测量功能，包括深度及方向、压力、温度、岩层电阻率、背景伽马辐射、钻柱张力、振动、旋转度，以及许多其他传感器输入。   用于许多陆基井和一些监测储层温度和压力的永久安装工具的测井工具，均为同样具有高温电子器件的其他类工具。它们都可以帮助最大化石油的回收。   相比只考虑给定温度下器件的工作情况，整套电子井下钻具的可靠设计需要考虑的因素更多。目前的一些工具中所使用的大多数半导体，一般都只能在 125oC 以下温度工作。然而，人们经常在超出其数据表规定的环境下使用它们。这样便带来许多硅电路温度性能以及电路可靠性和封装方面的问题。高温半导体的质量和可靠性要求，使得必需对它们进行正确的描述、规定、测试和资格认定，以达到能够满足具体应用的某种工艺水平。由于一般钻井时间都少于 1000 小时，因此我们可以对多种半导体工艺技术进行合格认定，并使用它们，具体包括标准块硅和绝缘体上硅结构 (SOI)。   如果温度超过 150oC，则半导体特性会改变，因此我们必须了解其本身可靠性，以正确地对器件进行高温应用的资格认定。高温下的一些失效机理包括电迁移 (EM)、时间相关介质击穿 (TDDB)、负偏置温度不稳定性 (NBTI)，以及热载流子注入。所有这些都会缩短块硅和 SOI 器件的寿命，而且对它们来说都很常见。   如何对井下系统电子器件进行封装非常重要，因为将工具安装在某个钻头上面后其必须要能够承受高温、振动和碰撞。用于封装标准半导体的一般塑封材料会降解，并不能在 200oC 下提供足够的运行可靠性。陶瓷密封封装或者陶瓷多片组件 (MCM)是硅保护最常用的封装。利用MCM和混合封装时，使用合格的优质芯片 (KGD) 可以节省空间，从而提高集成度。所有有源设计组件都集成到芯片中并贴装在陶瓷基片上，这时便可以实现更小体积的解决方案。   常用于陶瓷封装的一些合格测试包括温度循环、机械冲击、接合强度、振动、气密性以及热冲击。陶瓷封装的一个例子是四方扁平封装 (QFP)，其用于如 ADS1278- HT   八进制 24 位 ADC（请参见 图 2 ）等高引脚数组件。引线修剪成型以后，该器件便可以装配到 20-mm 宽印刷电路板上。     图 2 用于高引脚数器件的陶瓷四方扁平封装   所有合格认定和测试的目标都是为了获得可靠的电子器件，消灭故障时间。电子器件井下故障时，取出和更换需要花费时间—有时甚至长达数日。钻井架停工的每一个小时代价都非常高昂，离岸钻探更是如此。使用适应这种环境的一些器件，电子组件可以更加健壮，也更不易出现故障。   高温井下工具要求大量不同类型的有源半导体器件，从诸如运算放大器 (op amp) 和数据转换器等模拟组件到电源管理和嵌入式处理器。通过固定资格和特性描述，标准工艺技术和标准设计可用于提高这些工具的生产率和耐受性。   参考文献   如欲下载 ADS1278-HT 产品说明书和其他技术文档，敬请访问： www.ti.com/ads1278ht-ca 。   如欲了解其他高温半导体器件的更多详情，敬请访问： www.ti.com/ht-ca 。   作者简介   Mont Taylor 现任 TI 高可靠性 (HiRel) 产品部业务开发工程师，他在高可靠性产品领域拥有 15 余年的工作经验。Mont Taylor  毕业于德州农工大学 (Texas AM University)，获电子工程理学学士学位。 

低功率及高效能可降低系统耗电量并提供Keyless感应式遥控门锁系统与其它汽车控制系统           高级半导体解决方案厂商瑞萨电子株式会社（TSE：6723，以下简称“瑞萨电子”）今日宣布推出32款全新RL78/F12 16位微控制器(MCU)，有助于降低系统耗电量并提供更高效能，适用于汽车控制系统，包括Keyless感应式遥控门锁、电动窗控制、电动后视镜控制及其它应用等。 上述新款MCU为第一款瑞萨RL78新系列中的F系列车用产品，此系列产品具备领先业界的低耗电量及高效能。RL78系列结合瑞萨在8/16位MCU市场中的现有主要产品78K (78K0及78K0R)及R8C的优异技术，并且整合多种周边功能以及以低功率/高效能的78K0R CPU为基础的RL78 CPU核心。 由于汽车内使用的MCU数量与功能持续提升，市场对于可提供更低耗电量、缩小印刷电路板安装面积，以及提供技术以降低整体系统组件数量的MCU的需求逐渐上升，为了响应上述需求，瑞萨已在RL78系列中推出F系列车用MCU，延续瑞萨早期产品R8C及78K (78K0及78K0R)低功率MCU的优异功能，并已在汽车应用方面获得良好的成果。上述新产品以超低耗电量为目标，满足市场对于可降低系统建构整体成本之8/16位装置的需求。 另外，趋势朝向整合电子控制与机械组件的机电整合持续发展，相关产品在高温环境如发动机舱或头灯中也必须具备优异效能。同时，对于功能安全性标准的因应准备也变得更加重要。因此，瑞萨在RL78/F12 MCU中加入丰富的诊断功能，以支持上述高温运作及功能安全性的需求。 RL78/F12 MCU 的主要特色 : 新款RL78/F12 MCU的功能包括支持容量8至64 KB的内部闪存、20至64 pin的封装，以及已成为车内网络标准的LIN (Local Interconnect Network，区域互连网络)规格。 (1) 低耗电量及高处理效能有助于降低应用系统的耗电量 P新款MCU的运作电流为70 μA/MHz (以32 MHz进行基本操作)，一般作业的待机电流为0.6 μA(注 1)，约为瑞萨先前产品的1/10，使其耗电量已降低至业界最低水平。同时，MCU以32 MHz运作时也可达到41.6 DMIPS的CPU效能(为瑞萨原有产品效能的1.6倍)。 RL78/F12采用130 nm制程，使其耗电量降低至瑞萨原有产品78K0R/Fx3与R8C/3x的1/2。 RL78/F12 MCU亦包含全新的低功率模式(Snooze Mode)，在执行A/D转换及序列通讯时无需唤醒主CPU。此Snooze Mode亦有助于降低整体系统的耗电量。 (2) 支持 1.8 V 超低电压运作，可在 Keyless 感应式遥控门锁等应用中发挥优异的效果 RL78/F12 MCU可在1.8伏特(V)的电压下执行数据闪存的写入/抹除操作以及A/D转换，在Keyless感应式遥控门锁等采用低电压运作的应用中可发挥优异的效果。 (3) 支持在高达 150°C 的环境温度中运作，有助于整合至机电系统及运用于高温的终端产品 原有的瑞萨产品最高可支持125°C的环境温度(Ta)，而RL78/F12 MCU更支持高达150°C的环境温度，因此适用于发动机舱及头灯等高温环境中。 (4) 支持功能安全性的多种诊断功能 随着汽车内采用的电气与电子设备数量的增加，对于支持功能安全性标准的相应准备也变得更加重要。通过采用各种保护功能，例如利用闪存CRC计算功能侦测闪存的数据错误、RAM同位侦测、非法内存存取侦测、因失控程序代码导致RAM数据及SFR错误重写的保护功能，以及A/D转换自我测试功能等，RL78/F12 MCU可在终端产品中侦测及避免异常的运作，有助于提升系统安全性。相较于软件处理作业方式，透过硬件实作上述丰富的诊断功能，可降低CPU负载，还可达到更快的侦测速度。瑞萨计划提供自我测试程序以侦测CPU核心故障情形，目前提供具有丰富诊断功能的功能安全性以及核心诊断软件。 RL78/F12装置是RL78新系列的第一款产品，将可满足8/16位车用MCU市场大多数的需求。RL78系列将结合78K与R8C系列原有的优异功能，并将持续提升技术以满足次世代车用设备的需求。 (注 1) RL78/F12处于停止(STOP)模式，而Window 看门狗定时器(Watchdog Timer)及低电压侦测器仍处于运作模式。 *本文件所述之所有产品或服务之名称，为其个别所有人之商标或注册商标。   附件 RL78/F12MCU 产品技术规范     产品系列名称 RL78/F12 引脚数 20引脚 30引脚 32引脚 48引脚 64引脚 产品名称 R5F1096x R5F109Ax R5F109Bx R5F109Gx R5F109Lx 代码Flash（字节） 8 KB-64 KB 16 KB-64 KB 数据Flash（字节） 4 KB RAM（字节） 0.5 KB-64 KB 1 KB-KB OSC 外部 高速1 MHz-20 MHz，低速32.768 KHz 内部 高速32/24/16/12/8/4/1 MHz，低速15 KHz CPU RL78 CPU I/O 16 26 28 44 58 定时器 16位：8通道 / 定时器：1通道 / 实时时钟：1通道 / 唤醒定时器：1通道 / 监视器定时器：1通道 10位A/D 4通道 8套用到 8通道 10通道 12通道 串行I/F 20引脚 ・CSI：1通道／UART：1通道／简化I 2 C：1通道 ・CSI：1通道／UART：1通道 30引脚 32引脚 ・CSI：2通道／UART：2通道／简化I 2 C：2通道 ・CSI：1通道／UART（LIN总线）：1通道／简化I 2 C：1通道 ・CSI（7-16位）：1通道／UART（7-9、16位）：1通道 48引脚 ・CSI：3通道／UART：2通道／简化I 2 C：3通道 ・CSI：2通道／UART（LIN总线）：1通道／简化I 2 C：2通道 ・CSI（7-16位）：1通道／UART（7-9、16位）：1通道 64引脚 ・CSI：4通道／UART：2通道／简化I 2 C：4通道 ・CSI：2通道／UART（支持LIN总线）：1通道／简化I 2 C：2通道 ・CSI（7-16位）：2通道／UART（7-9、16位）：1通道 普通 I 2 C总线：1通道 LIN-UART：1通道 外部中断 5通道 6通道 10通道 12通道 DMA 2通道 其他外设 低压检测（LVD）、加电复位（POR）、密钥返回 电压范围 1.8V-5.5V 工作温度 -40°C -85°C、-40°C -125°C、-40°C -150°C