High Temperature Electronics

Die Mikroelektronik ist eine Schlüsseltechnologie und wird heute in nahezu jeder Applikation eingesetzt. Mit zunehmenden Anforderungen an Integration auch in rauen Umgebungen insbesondere bei hohen Temperaturen erreicht konventionelle Elektronik schnell ihre Grenzen. Je nach Klassifizierung sind integrierte Schaltungen nur für den Einsatz bis 125 °C geeignet. Dennoch werden zum Beispiel Sensoren und Aktoren in industriellen Prozessen auch bei deutlich höheren Temperaturen zur Prozessüberwachung und Steuerung benötigt und eingesetzt. Diese sind dann in der Regel rein passiv aufgebaut und die Elektronik wird abgesetzt betrieben, was zusätzlichen Bauraum erfordert und die Performance limitiert.

Mit der am Fraunhofer IMS verfügbaren Dünnfilm Silicon-On-Insulator (SOI) CMOS-Technologie ist es möglich, die aufgezeigten Grenzen zu überschreiten. Aufgrund drastisch reduzierter Leckströme erlaubt diese Technologie integrierte analoge, digitale und Mixed-Signal-Schaltungen in einem deutlich erweiterten Temperaturbereich bis typisch 250 °C und darüber hinaus. 
Der Prozess verfügt über eine Hochtemperatur Wolfram-Metallisierung anstelle von Aluminium und ist somit deutlich robuster, was einen zuverlässigen Einsatz unter Hochtemperatur Bedingungen ermöglicht. Neben den CMOS spezifischen Bauelementen verfügt diese Technologie außerdem über nicht flüchtigen Speicher in Form von EEPROM.

Auf Basis dieser Technologie realisieren wir integrierte Schaltungen für den erweiterten Temperaturbereich bis typisch 250 °C (HT ASIC) und darüber hinaus.

Erschließen Sie mit uns neue Anwendungsfelder oder optimieren Sie bestehende Systeme zum Beispiel mit Blick auf Performance, Bauform oder Kühlung durch Einsatz von HT ASICs.

Angebot und Leistungen

Als kompetenter Partner mit langjähriger Erfahrung in der Hochtemperatur Elektronik bietet das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme folgende Leistungen in diesem Bereich an:

  • Hochtemperatur SOI CMOS Technologie
  • Konzeptentwicklung und Systemspezifikation
  • Mixed-Signal IC Entwurf und Realisierung
  • Applikationsunterstützung
  • Pilotfertigung in der eigenen CMOS-Linie
  • Aufbau und Verbindungstechnik
  • Test und Verifikation
  • Zuverlässigkeitsuntersuchungen
  • Machbarkeitsstudien

 
Wir unterstützen Ihren Einstieg in Hochtemperatur Elektronik mit Konzept- und Machbarkeitsstudien. Darüber bieten wir die Realisierung von kundenspezifischen HT ASICs bis zur Pilotfertigung sowie eine umfassende Unterstützung bei der Systemrealisierung. Dies schließt auch Fragen der Aufbau- und Verbindungstechnik mit ein.

© Foto Fraunhofer IMS
© Foto Fraunhofer IMS
© Foto Fraunhofer IMS

Bei dem Hotmos Projekt vereinen sich das Fraunhofer IMS und Carnot CEA-LETI um die Betriebsreichweite von Mikroelektronik in rauen Umgebungen zu erweitern.    

In dem Projekt wurde eine SOI CMOS Technologieplattform für Mikroelektronische Schaltungen entwickelt welche bei hohen Temperaturen von 250 °C und mehr arbeiten kann.

Endgeräte haben auf Grundlage von neuen Materialien wie Galliumnitrat (GaN) das Potential für sehr effiziente und kompakte Leistungsmodule, wenn die Temperaturbeständigkeit des GaN Endgerätes bei dem Hinzufügen einer gleich Temperaturbeständigen Treiberschaltung ausgenutzt werden kann.

Während dem Projekt der Schaltelement -Treiber für hohe Temperaturen werden Demonstrations-Chips  für GaN (und SiC) Endgeräte von dem Partner Carnot CEA-LETI entwickelt.

Die CMOS Technologie für hohe Temperaturen wird im Cleanroom des IMS entwickelt und verarbeitet. Die Hauptmerkmale dieser Technologie sind:

  •        Gestaltungsrichtlinien 0.35 µm
  •        Integrationsdichte: 8500 Gates/mm²
  •        Wolfram Metallbeschichtung um Elektromigration vorzubeugen
  •        EEPROMs (lesen, schreiben und  löschen sind über das gesamte Temperaturspektrum möglich)

Die Schaltelement-Treiber für GaN Endgeräte berücksichtigen die spezifischen Treiber Anforderungen für GaN. Diese sind die maximal reduzierte Schaltelement Spannung, kleine Schaltelement Kapazitäten und niedrigere Schwellenspannung.

Die hohe Integrationsdichte des 0.35 μm SOI-CMOS ermöglicht intelligente und kompakte Treiber welche on-chip Kontrolle, Störungsmanagement und Energieverwaltung beinhalten.