RU2466496C1 - Microchip with microelectromechanical protection from electrical and/or thermal overload - Google Patents

Microchip with microelectromechanical protection from electrical and/or thermal overload Download PDF

Info

Publication number
RU2466496C1
RU2466496C1 RU2011142205/08A RU2011142205A RU2466496C1 RU 2466496 C1 RU2466496 C1 RU 2466496C1 RU 2011142205/08 A RU2011142205/08 A RU 2011142205/08A RU 2011142205 A RU2011142205 A RU 2011142205A RU 2466496 C1 RU2466496 C1 RU 2466496C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thermomechanical
semiconductor integrated
movable
integrated circuit
microactuators
Prior art date
Application number
RU2011142205/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Александрович Жуков (RU)
Андрей Александрович Жуков
Сергей Дмитриевич Заводсков (RU)
Сергей Дмитриевич Заводсков
Дмитрий Владимирович Козлов (RU)
Дмитрий Владимирович Козлов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") filed Critical Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы")
Priority to RU2011142205/08A priority Critical patent/RU2466496C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2466496C1 publication Critical patent/RU2466496C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Micromachines (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: microchip with microelectromechanical protection from electrical and/or thermal overload includes at least one semiconductor integrated circuit, at least one movable thermomechanical microactuator, wherein the number of semiconductor integrated circuits is equal to the number of movable thermomechanical microactuators, a structure which is sensitive to external factors, for example: temperature, radiation, heavy charged particles, electromagnetic pulses, etc, comprising the following semiconductor integrated elements: bipolar transistors, MOS structures made in the same process cycle with the semiconductor integrated circuit, lying between pockets and/or regions with electron and hole conductivity.
EFFECT: high reliability of the protected semiconductor integrated circuit, relative simplicity of implementation, high efficiency of protection from external factors with pulsed and continuous action, reduced weight and size.
8 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к нано- и микросистемной технике, и может быть использовано в интегральных микросхемах с защитой от электрических и/или тепловых перегрузок.The invention relates to microelectronics, in particular to nano- and microsystem engineering, and can be used in integrated circuits with protection against electrical and / or thermal overloads.

Из уровня техники известно устройство защиты фирмы «MAXWELL TECHNOLOGIES» (США), реализованное в виде микросхемы HSH-3000 (см. каталог фирмы MAXWELL). Известное устройство содержит детектор излучений и частиц, усилитель, таймер, логическое устройство и выходные каскады.In the prior art, a protection device of the company "MAXWELL TECHNOLOGIES" (USA) is known, implemented in the form of an HSH-3000 chip (see the MAXWELL catalog). The known device contains a detector of radiation and particles, an amplifier, a timer, a logic device and output stages.

Недостатками известного устройства является низкая чувствительность к тяжелым заряженным частицам и, как следствие, низкая эффективность защиты микросхемы.The disadvantages of the known device is the low sensitivity to heavy charged particles and, as a consequence, the low efficiency of the protection of the chip.

Из уровня техники известно устройство L.U-SW CL-0004 фирмы «Dormer» (Германия), содержащее датчик тока, подключенный к входам усилителя сигналов, выход которого соединен с входом компаратора напряжения. Опорным сигналом для компаратора служит напряжение, сформированное делителем, выход компаратора через схему совпадения подключен к R-входу RS-триггера, выход RS-триггера соединен с управляющим входом электронного переключателя, вход которого соединен с датчиком тока, а выход является выходом устройства.The prior art device L.U-SW CL-0004 of the company "Dormer" (Germany), containing a current sensor connected to the inputs of the signal amplifier, the output of which is connected to the input of the voltage comparator. The reference signal for the comparator is the voltage generated by the divider, the output of the comparator through the matching circuit is connected to the R-input of the RS-trigger, the output of the RS-trigger is connected to the control input of the electronic switch, the input of which is connected to the current sensor, and the output is the output of the device.

Недостатком известного устройства является восприимчивость не только к составляющей тока, потребляемого защищаемой микросхемой, обусловленного ее номинальным током, и к составляющей тока, обусловленной тиристорным эффектом, возникающим при попадании тяжелой заряженной частицы, но также и чувствительностью к составляющей потребляемого тока, обусловленной суммарной накопленной дозой радиационного воздействия, которая имеет монотонный характер нарастания, что приводит к ухудшению чувствительности защищающего устройства и повышению разрушающего воздействия на защищаемую микросхему. Указанное явление приводит также к существенному увеличению задержки срабатывания защиты, к увеличению времени пребывания микросхемы в аварийной ситуации и, следовательно, к снижению надежности. Кроме того, известное устройство имеет недостаточное быстродействие срабатывания защиты при размыкании электронного переключателя, обусловленное временем разряда конденсатора, подключенного к выводам питания защищаемой микросхемы. Следствием является низкая эффективность защиты микросхемы и недостаточная надежность, обусловленная сложностью конструкции.A disadvantage of the known device is its susceptibility not only to the current component consumed by the protected microcircuit due to its rated current, and to the current component due to the thyristor effect that occurs when a heavy charged particle enters, but also to its sensitivity to the current component due to the total accumulated radiation dose exposure, which has a monotonous nature of the increase, which leads to a deterioration in the sensitivity of the protective device and increase destructive effect on the protected chip. This phenomenon also leads to a significant increase in the delay of the protection, to increase the residence time of the microcircuit in an emergency and, therefore, to reduce reliability. In addition, the known device has insufficient response of the protection when the electronic switch is opened, due to the discharge time of the capacitor connected to the power terminals of the protected microcircuit. The consequence is a low efficiency of protection of the microcircuit and insufficient reliability due to the complexity of the design.

Из уровня техники известно устройство защиты интегральных микросхем (см. патент Российской Федерации на изобретение № 2305894, опубл. 10.09.2007). Данное устройство содержит датчик тока, включенный между входной клеммой и электронным переключателем, выход которого является выходом устройства. Датчик тока включен между первым и вторым входами усилителя сигналов датчика тока, первый и второй выходы которого соединены с входами компаратора напряжения, подключенного к R-входу RS-триггера, который имеет приоритет по воздействию на R-вход. S-вход триггера соединен с генератором импульсной последовательности с большой скважностью. Первый выход триггера подключен к управляющему входу электронного переключателя, а второй - к базе мощного n-p-n транзистора, коллектор которого соединен с выходом устройства, а эмиттер - с общей шиной.The prior art device for protecting integrated circuits (see the patent of the Russian Federation for invention No. 2305894, publ. 09/10/2007). This device contains a current sensor connected between the input terminal and the electronic switch, the output of which is the output of the device. A current sensor is connected between the first and second inputs of the signal amplifier of the current sensor, the first and second outputs of which are connected to the inputs of a voltage comparator connected to the R-input of the RS-trigger, which has priority over the effect on the R-input. The trigger S input is connected to a high duty cycle pulse generator. The first output of the trigger is connected to the control input of the electronic switch, and the second to the base of a powerful n-p-n transistor, the collector of which is connected to the output of the device, and the emitter is connected to a common bus.

Недостатком данного устройства является его сложность, большое количество элементов и, как следствие, низкая надежность устройства.The disadvantage of this device is its complexity, a large number of elements and, as a result, the low reliability of the device.

Из уровня техники известно устройство защиты цифровых микросхем (см. патент Российской Федерации № 2405247, опубл. 27.11.2010), состоящее из измерительного резистора, установленного в шину питания цифровых микросхем, компаратора, подключенного входом к измерительному резистору, а выходом к входу управления источником питания цифровых микросхем, форсирующего транзистора, запирающего диода, времязадающей RC цепи, состоящей из резистора и конденсатора, и МДП транзистора, при этом выход компаратора подключен к базе форсирующего транзистора, коллектор которого через запирающий диод подключен к времязадающей RC цепи и к затвору МДП транзистора, сток которого подключен к входу управления источником питания цифровых микросхем.The prior art device for protecting digital circuits (see patent of the Russian Federation No. 2405247, publ. 11/27/2010), consisting of a measuring resistor installed in the power supply bus of digital circuits, a comparator connected to the input to the measuring resistor, and the output to the source control input power supply of digital microcircuits, boosting transistor, locking diode, timing RC circuit, consisting of a resistor and capacitor, and MIS transistor, while the output of the comparator is connected to the base of the boosting transistor, collect which through a blocking diode is connected to a timing RC circuit and to the gate of an MOS transistor, the drain of which is connected to the control input of the power supply of digital microcircuits.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции и, как следствие, недостаточная надежность при длительной эксплуатации.The disadvantage of this device is the design complexity and, as a result, insufficient reliability during long-term operation.

Техническим результатом заявленного изобретения является:The technical result of the claimed invention is:

- повышение отказоустойчивости полупроводниковой интегральной схемы;- increase the fault tolerance of a semiconductor integrated circuit;

- повышение надежности защищаемой полупроводниковой интегральной схемы;- improving the reliability of the protected semiconductor integrated circuit;

- относительная простота реализации;- relative ease of implementation;

- высокая эффективность защиты от внешних воздействующих факторов импульсного и непрерывного действия;- high efficiency of protection against external influential factors of pulsed and continuous action;

- снижение массогабаритных характеристик.- reduction of overall dimensions.

Технический результат заявленного изобретения достигается совокупностью существенных признаков, а именно: микросхема с микроэлектромеханической защитой от электрических и/или тепловых перегрузок включает:The technical result of the claimed invention is achieved by a combination of essential features, namely: a microcircuit with microelectromechanical protection against electrical and / or thermal overloads includes:

- по крайней мере одну полупроводниковую интегральную схему со структурой, включающей в свой состав полупроводниковые интегральные элементы, как то: биполярные транзисторы, МОП - структуры, которые расположены между карманами и/или областями с электронной и дырочной проводимостью, каждый из данных элементов чувствителен к воздействию температуры, радиации, тяжелозаряженных частиц, электромагнитного импульса и других внешних воздействующих факторов, а вместе эти элементы образуют данную структуру, которая также чувствительна к внешним воздействующим факторам,- at least one semiconductor integrated circuit with a structure that includes semiconductor integrated elements, such as bipolar transistors, MOS - structures that are located between pockets and / or areas with electronic and hole conductivity, each of these elements is sensitive to temperature, radiation, heavily charged particles, an electromagnetic pulse and other external influencing factors, and together these elements form this structure, which is also sensitive to external influencing factors

- по крайней мере один подвижной термомеханический микроактюатор, при этом количество полупроводниковых интегральных схем равно количеству подвижных термомеханических микроактюаторов,- at least one movable thermomechanical microactuator, while the number of semiconductor integrated circuits is equal to the number of mobile thermomechanical microactuators,

а подвижной термомеханический микроактюатор электрически соединен со структурой полупроводниковой интегральной схемы, чувствительной к внешним воздействующим факторам.and a movable thermomechanical microactuator is electrically connected to the structure of a semiconductor integrated circuit sensitive to external factors.

Полупроводниковые интегральные элементы: биполярные транзисторы, МОП - структуры выполнены в едином технологическом цикле с полупроводниковой интегральной схемой.Semiconductor integrated elements: bipolar transistors, MOS - structures are made in a single technological cycle with a semiconductor integrated circuit.

Подвижной термомеханический микроактюатор может быть установлен на корпус микросхемы с образованием электрического контакта, при этом контактирование производится с образованием нормально замкнутого контакта на контакте питания полупроводниковой интегральной схемы или на контакте питания, выполненном на корпусе или на поверхности полупроводниковой интегральной схемы в непосредственной близости от контактной площадки питания полупроводниковой интегральной схемы, при этом контактактирование производится на кольцо питания или шину питания с образованием нормально замкнутого контакта полупроводниковой интегральной схемы.A movable thermomechanical microactuator can be mounted on the housing of the microcircuit with the formation of an electrical contact, while contacting is performed with the formation of a normally closed contact on the power contact of the semiconductor integrated circuit or on the power contact made on the housing or on the surface of the semiconductor integrated circuit in the immediate vicinity of the power contact pad semiconductor integrated circuit, while contacting is performed on the power ring or Well power supply with the formation of a normally closed contact semiconductor integrated circuit.

Подвижные термомеханические микроактюаторы выполнены в виде сформированной в мезаструктуре упруго-шарнирной консольной балки, состоящей из параллельных трапециевидных вставок, расположенных перпендикулярно основной оси консольной балки и соединенных полиимидными прослойками V-образной или трапециевидной формы в поперечном сечении, и нагревателя с металлизацией. Структура, чувствительная к внешним воздействующим факторам, электрически связана с нагревателями подвижных термомеханических микроактюаторов. Подвижные термомеханические микроактюаторы выполнены, по крайней мере, из двух слоев с различными коэффициентами термического расширения, при этом коэффициент термического расширения слоев подвижных термомеханических микроактюаторов, обращенных к подложке, больше коэффициента термического расширения внешних слоев подвижных термомеханических микроактюаторов, при этом один из слоев подвижных термомеханических микроактюаторов обладает обратимой памятью формы, а подвижные термомеханические микроактюаторы выполнены в виде одно- или двухконсольной балки. Нагреватель подвижного термомеханического микроактюатора может быть выполнен в мезаструктуре в твердом теле параллельных трапециевидных вставок со сформированными в них омическими контактами или располагаться на поверхности параллельных трапециевидных вставок.Movable thermomechanical microactuators are made in the form of an elastic-hinged cantilever beam formed in the mesastructure, consisting of parallel trapezoidal inserts located perpendicular to the main axis of the cantilever beam and connected by polyimide interlayers of a V-shaped or trapezoidal shape in cross section, and a heater with metallization. The structure that is sensitive to external factors is electrically connected with heaters of mobile thermomechanical microactuators. Mobile thermomechanical microactuators are made of at least two layers with different coefficients of thermal expansion, while the coefficient of thermal expansion of the layers of mobile thermomechanical microactuators facing the substrate is greater than the coefficient of thermal expansion of the outer layers of mobile thermomechanical microactuators, while one of the layers of mobile thermomechanical microactuators possesses a reversible shape memory, and mobile thermomechanical microactuators are made in the form of one- or double-beam beam. The heater of a movable thermomechanical microactuator can be made in a mesastructure in a solid body of parallel trapezoidal inserts with ohmic contacts formed in them or located on the surface of parallel trapezoidal inserts.

Признаки и сущность заявленного изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее:The features and essence of the claimed invention are explained in the following detailed description, illustrated by drawings, which shows the following:

На фиг.1 (а, б, в) - варианты реализации микросхемы с микроэлектромеханической защитой от электрических и/или тепловых перегрузок, где:In Fig.1 (a, b, c) - embodiments of microcircuits with microelectromechanical protection against electrical and / or thermal overloads, where:

1 - подвижной термомеханический микроактюатор;1 - movable thermomechanical microactuator;

2 - нормально замкнутый контакт питания интегральной полупроводниковой схемы;2 - normally closed power contact of the integrated semiconductor circuit;

2а - нормально замкнутый контакт питания, выполненный на корпусе;2a - normally closed power contact made on the housing;

3 - интегральная полупроводниковая схема;3 - integrated semiconductor circuit;

4 - корпус микросхемы;4 - microcircuit case;

5 - контакт питания, выполненный на корпусе;5 - power contact made on the housing;

6 - кольцо или шина питания интегральной полупроводниковой схемы.6 - ring or power bus integrated semiconductor circuit.

На фиг.2 - алгоритм работы микросхемы с микроэлектромеханической защитой от электрических и/или тепловых перегрузок, где:Figure 2 - algorithm of the microcircuit with microelectromechanical protection against electrical and / or thermal overloads, where:

7 - импульсные или непрерывные внешние факторы, воздействующие на микросхему с микроэлектромеханической защитой;7 - pulsed or continuous external factors affecting the microchip with microelectromechanical protection;

8 - увеличение тока потребления и/или температуры микросхемы с микроэлектромеханической защитой;8 - increase in current consumption and / or temperature of the microcircuit with microelectromechanical protection;

9 - внешний источник тепла;9 - external heat source;

10 - разогрев подвижного термомеханического микроактюатора;10 - heating the movable thermomechanical microactuator;

11 - размыкание контакта подвижного термомеханического микроактюатора и отключение питания микросхемы или ее части;11 - opening the contact of the movable thermomechanical microactuator and turning off the power of the microcircuit or its part;

12 - уменьшение тока потребления и/или температуры микросхемы с мироэлектромеханической защитой;12 - reduction of the current consumption and / or temperature of the microelectromechanical protection circuit;

13 - охлаждение и замыкание контакта подвижного термомеханического микроактюатора;13 - cooling and contact closure of a movable thermomechanical microactuator;

14 - включение питания микросхемы с микроэлектромеханической защитой или ее части.14 - power on the microcircuit with microelectromechanical protection or part thereof.

На фиг.3 (а, б) - влияние внешних возмущающих факторов на деформационные характеристики подвижного термомеханического микроактюатора. Фиг.3а отражает температурное влияние на перемещение подвижного термомеханического микроактюатора, а фиг.3б - перемещение подвижного термомеханического микроактюатора под действием электрического напряжения заданной мощности.Figure 3 (a, b) - the influence of external disturbing factors on the deformation characteristics of a movable thermomechanical microactuator. Figa reflects the temperature effect on the movement of a movable thermomechanical microactuator, and Fig.3b shows the movement of a movable thermomechanical microactuator under the action of an electric voltage of a given power.

Принцип работы заявленного изобретения заключается в следующем.The principle of operation of the claimed invention is as follows.

Принцип защиты интегральных полупроводниковых схем от электрических и/или тепловых перегрузок основан на введении в цепь питания интегральных полупроводниковых схем подвижного термомеханического микроактюатора, который активируется (приводится в движение) разогревом током питания интегральной полупроводниковой схемы.The principle of protection of integrated semiconductor circuits against electrical and / or thermal overloads is based on the introduction of a movable thermomechanical microactuator into the power circuit of integrated semiconductor circuits, which is activated (driven) by heating the supply current of the integrated semiconductor circuit.

В нормальных условиях подвижной термомеханический микроактюатор замкнут - питание поступает на полупроводниковую интегральную схему, при этом разогрев подвижного термомеханического микроактюатора незначителен.Under normal conditions, the movable thermomechanical microactuator is closed - the power is supplied to the semiconductor integrated circuit, while the heating of the movable thermomechanical microactuator is negligible.

При возникновении токовой перегрузки интегральной полупроводниковой схемы или при постоянном или импульсном воздействии внешних факторов происходит резкое увеличение тока через нагреватель подвижного термомеханического микроактюатора (например, вследствие возникновения тиристорного эффекта), разогрев подвижного термомеханического микроактюатора и размыкание контактов подвижного термомеханического микроактюатора. Размыкание контактов приводит к отключению питания интегральной полупроводниковой схемы, выключению тиристора (в случае возникновения тиристорного эффекта) и, как следствие, исключению развития теплового пробоя в интегральной полупроводниковой схеме.When a current overload occurs in an integrated semiconductor circuit or when a constant or pulsed action of external factors occurs, a sharp increase in current occurs through a heater of a movable thermomechanical microactuator (for example, due to the occurrence of a thyristor effect), heating of a movable thermomechanical microactuator and opening of contacts of a movable thermomechanical microactuator. Opening the contacts leads to power failure of the integrated semiconductor circuit, turn off the thyristor (in the event of a thyristor effect) and, as a result, to prevent the development of thermal breakdown in the integrated semiconductor circuit.

Подвижной термомеханический микроактюатор может быть установлен на:Mobile thermomechanical microactuator can be installed on:

- корпус микросхемы с образованием электрического контакта, при этом контактирование производится непосредственно на контакт питания интегральной полупроводниковой схемы (см. фиг.1а);- the housing of the microcircuit with the formation of an electrical contact, while the contact is made directly to the power contact of the integrated semiconductor circuit (see figa);

- поверхность интегральной полупроводниковой схемы в непосредственной близости от контактной площадки питания полупроводниковой интегральной схемы, при этом контактактирование производится на кольцо питания или шину питания интегральной полупроводниковой схемы (см. фиг.1б);- the surface of the integrated semiconductor circuit in the immediate vicinity of the power contact pad of the semiconductor integrated circuit, while contacting is performed on the power ring or power bus of the integrated semiconductor circuit (see figb);

- корпус микросхемы в непосредственной близости от полупроводниковой интегральной схемы с образованием электрических контактов с площадями корпуса (вариант «система в корпусе», см. фиг.1в).- the housing of the microcircuit in the immediate vicinity of the semiconductor integrated circuit with the formation of electrical contacts with the areas of the housing (option "system in the housing", see figv).

Электрические и/или тепловые перегрузки могут возникнуть вследствие внешних воздействующих факторов: непрерывных (постоянных) и/или импульсных, таких как, например: температура, радиация, тяжелозаряженные частицы, электромагнитный импульс и др.Electrical and / or thermal overloads can occur due to external factors: continuous (constant) and / or pulsed, such as, for example: temperature, radiation, heavily charged particles, electromagnetic pulse, etc.

Защищаемыми микросхемами могут быть, например: микропроцессоры, микроконтроллеры, микросхемы оперативной памяти, микросхемы постоянной памяти, микросхемы АЦП и ЦАП и т.д.Protected microcircuits can be, for example: microprocessors, microcontrollers, RAM chips, read only memory chips, ADC and DAC chips, etc.

Пример реализации.Implementation example.

Заявленное техническое решение применено при создании микросхем СБИС перепрограммируемой энергонезависимой памяти и СБИС микропроцессоров, функционирующих в диапазоне температур от -60°C до +125°C. Для указанных микросхем проведена оценка интенсивности отказов при наличии микроэлектромеханической защиты и без микроэлектромеханической защиты.The claimed technical solution is used to create VLSI microchips of a reprogrammable non-volatile memory and VLSI microprocessors operating in the temperature range from -60 ° C to + 125 ° C. For these microcircuits, the failure rate was assessed in the presence of microelectromechanical protection and without microelectromechanical protection.

По материалам стандарта MIL-HDBK-217E (США) температурный коэффициент πT, связывающий вероятность возникновения отказа с температурой кристалла СБИС, для изделий из кремния определяется по формулеAccording to the materials of the standard MIL-HDBK-217E (USA), the temperature coefficient π T , which relates the probability of failure to the VLSI crystal temperature, for silicon products is determined by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где Tj - температура кристалла СБИС,where Tj is the temperature of the VLSI crystal,

const - табулированная постоянная.const is a tabulated constant.

Для некоторых тепловых режимов работы СБИС значения πT и уровень снижения количества отказов (К1 и К2) от влияния повышенных температур, численно равный отношению температурных коэффициентов для различных режимов и отражающий эффективность применения микроэлектромеханической защиты согласно заявленному техническому решению, приведены в таблице:For some thermal operating modes of the VLSI, π T values and the level of failure reduction (K1 and K2) from the influence of elevated temperatures, numerically equal to the ratio of temperature coefficients for different modes and reflecting the effectiveness of using microelectromechanical protection according to the claimed technical solution, are given in the table:

ТаблицаTable 125°C125 ° C 150°C150 ° C 175°C175 ° C К1

Figure 00000002
K1
Figure 00000002
К2
Figure 00000003
K2
Figure 00000003
πT СБИС памяти (const=0.6)π T VLSI memory (const = 0.6) 3636 100one hundred 250250 2.7782.778 6.9446.944 πT СБИС микропроцессоров (const=0.35)π T VLSI microprocessors (const = 0.35) 3.13.1 5.55.5 9.69.6 1.7741.774 3.0973.097

Для заявленного изобретения были изготовлены подвижные термомеханические микроактюаторы. Подвижные термомеханические актюаторы имеют в своей структуре 30 канавок, заполненных полиимидным слоем, габаритные размеры актюатора 300×60×5 мкм. Экспериментальные характеристики полученных подвижных термомеханических актюаторов представлены на фиг.3.For the claimed invention, mobile thermomechanical microactuators were manufactured. Movable thermomechanical actuators have in their structure 30 grooves filled with a polyimide layer, the overall dimensions of the actuator are 300 × 60 × 5 μm. The experimental characteristics of the obtained movable thermomechanical actuators are presented in figure 3.

Фиг.3а отражает температурное влияние на перемещение подвижного термомеханического микроактюатора, а фиг.3б - перемещение подвижного термомеханического микроактюатора под действием электрического напряжения заданной мощности. Также эксперимент показал, что данный тип микроактюаторов способен выдержать до 20 миллионов рабочих циклов с незначительным (до 20%) и предсказуемым изменением деформационных характеристик.Figa reflects the temperature effect on the movement of a movable thermomechanical microactuator, and Fig.3b shows the movement of a movable thermomechanical microactuator under the action of an electric voltage of a given power. The experiment also showed that this type of microactuators is able to withstand up to 20 million duty cycles with a slight (up to 20%) and predictable change in deformation characteristics.

Полученные данные (см. фиг.3а) позволяют оценить изначальное положение установки подвижного термомеханического микроактюатора - 41 мкм от положения при отсутствии внешнего нагрева и электрического напряжения (при нормальных условиях) в сторону увеличения нагрузки на прижим хвостовика подвижного термомеханического микроактюатора к контакту. Данное положение позволяет цепи оставаться замкнутой вплоть до 125°C, так как при данной температуре усилие прижима хвостовика подвижного термомеханического микроактюатора к контактной площадке становится нулевым. Данные о мощности на фиг.3б показывают, что для принудительного размыкания такой цепи подачей электрического сигнала необходимо приложить к нагревателю подвижного термомеханического микроактюатора напряжение минимальной мощностью в 23 мВт.The data obtained (see Fig. 3a) make it possible to evaluate the initial installation position of the movable thermomechanical microactuator - 41 μm from the position in the absence of external heating and electric voltage (under normal conditions) in the direction of increasing the load on the clamp of the shank of the movable thermomechanical microactuator to the contact. This position allows the circuit to remain closed up to 125 ° C, since at this temperature, the clamping force of the shank of the movable thermomechanical microactuator to the contact area becomes zero. The power data in FIG. 3b shows that for such circuit to be opened by applying an electrical signal, it is necessary to apply a voltage of minimum power of 23 mW to the heater of the movable thermomechanical microactuator.

Реализация заявленного технического решения позволяет при использовании типовой технологии КМОП СБИС повысить устойчивость микросхем к одиночным событиям в 3 раза и повысить надежность заявленной микросхемы.The implementation of the claimed technical solution allows using the standard CMOS VLSI technology to increase the stability of microcircuits to single events by 3 times and increase the reliability of the claimed microcircuit.

Claims (8)

1. Микросхема с микроэлектромеханической защитой от электрических и/или тепловых перегрузок, включающая:
по крайней мере, одну полупроводниковую интегральную схему со структурой, включающей в свой состав полупроводниковые интегральные элементы, как то: биполярные транзисторы, МОП-структуры, которые расположены между карманами и/или областями с электронной и дырочной проводимостью, каждый из данных элементов чувствителен к воздействию температуры, радиации, тяжелозаряженных частиц, электромагнитного импульса и других внешних воздействующих факторов, а вместе эти элементы образуют данную структуру, которая также чувствительна к внешним воздействующим факторам,
по крайней мере, один подвижной термомеханический микроактюатор, при этом количество полупроводниковых интегральных схем равно количеству подвижных термомеханических микроактюаторов,
а подвижной термомеханический микроактюатор электрически соединен со структурой полупроводниковой интегральной схемы, чувствительной к внешним воздействующим факторам.
1. A microcircuit with microelectromechanical protection against electrical and / or thermal overloads, including:
at least one semiconductor integrated circuit with a structure including semiconductor integrated elements, such as bipolar transistors, MOS structures that are located between pockets and / or areas with electronic and hole conductivity, each of these elements is sensitive to temperature, radiation, heavily charged particles, an electromagnetic pulse and other external influencing factors, and together these elements form this structure, which is also sensitive to external contributing factors
at least one movable thermomechanical microactuator, while the number of semiconductor integrated circuits is equal to the number of mobile thermomechanical microactuators,
and a movable thermomechanical microactuator is electrically connected to the structure of a semiconductor integrated circuit sensitive to external factors.
2. Микросхема по п.1, в которой подвижной термомеханический микроактюатор установлен на корпус полупроводниковой интегральной схемы с образованием электрического контакта, при этом контактирование производится с образованием нормально замкнутого контакта на контакте питания полупроводниковой интегральной схемы или на контакте питания, выполненном на корпусе.2. The microcircuit according to claim 1, in which the movable thermomechanical microactuator is mounted on the housing of the semiconductor integrated circuit with the formation of an electrical contact, wherein the contact is made with the formation of a normally closed contact on the power contact of the semiconductor integrated circuit or on the power contact made on the housing. 3. Микросхема по п.1, в которой подвижной термомеханический микроактюатор установлен на поверхность полупроводниковой интегральной схемы в непосредственной близости от контактной площадки питания полупроводниковой интегральной схемы, при этом контактактирование производится на кольцо питания или шину питания с образованием нормально замкнутого контакта полупроводниковой интегральной схемы.3. The microcircuit according to claim 1, in which the movable thermomechanical microactuator is mounted on the surface of the semiconductor integrated circuit in the immediate vicinity of the power contact pad of the semiconductor integrated circuit, wherein contacting is performed on the power ring or power bus to form a normally closed contact of the semiconductor integrated circuit. 4. Микросхема по п.2 или 3, в которой подвижные термомеханические микроактюаторы выполнены в виде сформированной в мезаструктуре упругошарнирной консольной балки, состоящей из параллельных трапециевидных вставок, расположенных перпендикулярно основной оси консольной балки и соединенных полиимидными прослойками V-образной или трапециевидной формы в поперечном сечении, и нагревателя с металлизацией.4. The microcircuit according to claim 2 or 3, in which the movable thermomechanical microactuators are made in the form of an elasto-hinged cantilever beam formed in the mesastructure, consisting of parallel trapezoidal inserts located perpendicular to the main axis of the cantilever beam and connected by polyimide interlayers of a V-shaped or trapezoidal shape in cross section , and a metallized heater. 5. Микросхема по п.4, в которой структура, чувствительная к внешним воздействующим факторам, полупроводниковой интегральной схемы электрически соединена с нагревателями подвижных термомеханических микроактюаторов.5. The microcircuit according to claim 4, in which the structure is sensitive to external factors, the semiconductor integrated circuit is electrically connected to the heaters of mobile thermomechanical microactuators. 6. Микросхема по п.5, в которой подвижные термомеханические микроактюаторы выполнены, по крайней мере, из двух слоев с различными коэффициентами термического расширения, при этом коэффициент термического расширения слоев подвижных термомеханических микроактюаторов, обращенных к подложке, больше коэффициента термического расширения внешних слоев подвижных термомеханических микроактюаторов, при этом один из слоев подвижных термомеханических микроактюаторов обладает обратимой памятью формы, а подвижные термомеханические микроактюаторы выполнены в виде одно- или двухконсольной балки.6. The microcircuit according to claim 5, in which the movable thermomechanical microactuators are made of at least two layers with different coefficients of thermal expansion, the coefficient of thermal expansion of the layers of mobile thermomechanical microactuators facing the substrate is greater than the coefficient of thermal expansion of the outer layers of the mobile thermomechanical microactuators, while one of the layers of mobile thermomechanical microactuators has a reversible shape memory, and mobile thermomechanical microactuators ry formed as a single or dual console beams. 7. Микросхема по п.6, в которой нагреватель подвижного термомеханического микроактюатора выполнен в мезаструктуре в твердом теле параллельных трапециевидных вставок со сформированными в них омическими контактами.7. The microcircuit according to claim 6, in which the heater of the movable thermomechanical microactuator is made in a mesastructure in a solid body of parallel trapezoidal inserts with ohmic contacts formed in them. 8. Микросхема по п.6, в которой нагреватель подвижного термомеханического микроактюатора расположен на поверхности параллельных трапециевидных вставок. 8. The microcircuit according to claim 6, in which the heater of the movable thermomechanical microactuator is located on the surface of parallel trapezoidal inserts.
RU2011142205/08A 2011-10-18 2011-10-18 Microchip with microelectromechanical protection from electrical and/or thermal overload RU2466496C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011142205/08A RU2466496C1 (en) 2011-10-18 2011-10-18 Microchip with microelectromechanical protection from electrical and/or thermal overload

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011142205/08A RU2466496C1 (en) 2011-10-18 2011-10-18 Microchip with microelectromechanical protection from electrical and/or thermal overload

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2466496C1 true RU2466496C1 (en) 2012-11-10

Family

ID=47322415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011142205/08A RU2466496C1 (en) 2011-10-18 2011-10-18 Microchip with microelectromechanical protection from electrical and/or thermal overload

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2466496C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2547616C1 (en) * 2014-04-18 2015-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" On delay integrated circuit
RU2628152C1 (en) * 2016-06-08 2017-08-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Hysteresis trigger
RU180943U1 (en) * 2017-09-13 2018-07-02 Акционерное общество "Протон" (АО "Протон") INTEGRAL KEY OVERHEAT SENSOR

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002222572A (en) * 2001-01-25 2002-08-09 Hitachi Ltd Magnetic disk unit
RU2193804C1 (en) * 2001-10-22 2002-11-27 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет Thermomechanical semiconductor microactuator
RU2405247C1 (en) * 2009-03-13 2010-11-27 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Protection device of digital microcircuits

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002222572A (en) * 2001-01-25 2002-08-09 Hitachi Ltd Magnetic disk unit
RU2193804C1 (en) * 2001-10-22 2002-11-27 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет Thermomechanical semiconductor microactuator
RU2405247C1 (en) * 2009-03-13 2010-11-27 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Protection device of digital microcircuits

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2547616C1 (en) * 2014-04-18 2015-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" On delay integrated circuit
RU2628152C1 (en) * 2016-06-08 2017-08-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Hysteresis trigger
RU180943U1 (en) * 2017-09-13 2018-07-02 Акционерное общество "Протон" (АО "Протон") INTEGRAL KEY OVERHEAT SENSOR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8760828B2 (en) Electro-static discharge clamp (ESD) for NxVDD power rail
US8520351B2 (en) Electrostatic discharge protective circuit having rise time detector and discharge sustaining circuitry
TWI710097B (en) Embedded nmos triggered silicon controlled rectification device
RU2466496C1 (en) Microchip with microelectromechanical protection from electrical and/or thermal overload
CN101174619B (en) Power semiconductor device
US9172244B1 (en) Self biased electro-static discharge clamp (ESD) for power rail
TW200525726A (en) Electrostatic discharge protection circuit and method of operation
RU2308146C2 (en) Device for protecting contacts of integration circuits with metal-dielectric-semiconductor structure from electrostatic discharges
US8649134B2 (en) Electrostatic discharge protection rail clamp with discharge interruption circuitry
US7978451B2 (en) Circuit arrangement comprising an electronic component and an ESD protection arrangement
TW200937607A (en) Electrostatic discharge (ESD) protection device for high-voltage input-output pad
Richardeau et al. SiC MOSFETs soft and hard failure modes: functional analysis and structural characterization
KR102324596B1 (en) Logic buffer circuit and method
CN108091647B (en) Self-biased bi-directional ESD protection circuit
US9552499B2 (en) Circuit arrangement and method for safeguarding a circuit arrangement with respect to repeated light attacks
US20120250195A1 (en) Electrostatic discharge power clamp with a jfet based rc trigger circuit
CN110402493B (en) Dynamic trigger type electrostatic discharge unit
CN103647265A (en) Integrated circuit full-chip electro static discharge protection method and circuit
EP2016677B1 (en) Component provided with an integrated circuit comprising a crytoprocessor and method of installation thereof
RU2405247C1 (en) Protection device of digital microcircuits
CN102055461A (en) Circuit and method for preventing latching
CN110741551A (en) Circuit and method of forming a circuit
CN105513987B (en) The test circuit and test device of assessment for chip package interaction
CN112951820B (en) Electrostatic protection structure and electrostatic protection circuit
US11004840B2 (en) Electrostatic discharge protection structure