eng
Выпуск #7/2025
Д. Колесников, П. Пастухов, М. Пяттоев, Е. Сухотерин, И. Тихонова, А. Тучин, С. Шумилин
КОМПЛЕКТ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ ДЛЯ ПРИБОРОВ УЧЕТА ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
КОМПЛЕКТ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ ДЛЯ ПРИБОРОВ УЧЕТА ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Просмотры: 1036
DOI: 10.22184/1992-4178.2025.249.7.76.84
В статье описываются основные технические характеристики нового поколения микросхем от АО «ПКК Миландр» для приборов учета потребляемой электроэнергии: микроконтроллера MDR1206FI, микросхемы АЦП MDR5103FI, микросхемы MDR3401FI проводного интерфейса RS-485, а также микросхемы флеш-памяти MDR2306FI.
В статье описываются основные технические характеристики нового поколения микросхем от АО «ПКК Миландр» для приборов учета потребляемой электроэнергии: микроконтроллера MDR1206FI, микросхемы АЦП MDR5103FI, микросхемы MDR3401FI проводного интерфейса RS-485, а также микросхемы флеш-памяти MDR2306FI.
Теги: adc electricity meter flash memory ic packaging microcontroller ацп микроконтроллер прибор учета электроэнергии сборка микросхем флеш-память
Комплект интегральных микросхем для приборов учета потребляемой электроэнергии
Д. Колесников , П. Пастухов , М. Пяттоев , Е. Сухотерин , И. Тихонова, А. Тучин , С. Шумилин
АО «ПКК Миландр» занимается разработкой и производством микросхем для счетчиков электроэнергии. Компания совершенствует каждое новое поколение микросхем, принимая во внимание меняющиеся требования и обратную связь. В статье описываются основные технические характеристики микросхем для приборов учета: микроконтроллера MDR1206FI, микросхемы АЦП MDR5103FI, микросхемы MDR3401FI проводного интерфейса RS‑485, а также микросхемы флеш-памяти MDR2306FI.
Современный электронный счетчик электроэнергии представляет собой высокотехнологичное устройство, основой которого служат интегральные схемы. Именно эти компоненты определяют ключевые функциональные возможности прибора и точность его измерений. Примечательно, что, несмотря на относительно небольшую долю комплектующих в общей стоимости счетчика (неболее 20%), именно микросхемы играют решающую роль в формировании его технических характеристик и конечной цены. Это обусловлено значительными затратами на разработку схемотехнических решений и программного обеспечения. В связи с этим выбор интегральных схем становится приоритетным этапом при разработке новых приборов учета. Производители уделяют этому аспекту особое внимание, поскольку от правильного подбора микросхем зависит не только функциональность, но и конкурентоспособность всего устройства на рынке.
Микроконтроллер
АО «ПКК Миландр» на протяжении более десяти лет специализируется на разработке и производстве специализированных микросхем (рис. 1) для счетчиков электроэнергии. За этот период компания создала несколько поколений микросхем, каждое из которых совершенствовалось с учетом опыта эксплуатации предыдущих версий и меняющихся требований к измерительным приборам.
Архитектурная структура современных счетчиков электроэнергии остается относительно стабильной на протяжении последних лет. Однако именно детали реа-
лизации и специфические технические требования играют решающую роль при выборе микроконтроллера. Нередко это приводит к необходимости использования в одном устройстве двух или даже трех различных микроконтроллеров для выполнения всех необходимых функций.
Опираясь на обширный опыт работы и тесное взаимодействие с потенциальными заказчиками, компания «ПКК Миландр» разработала новое поколение центрального микроконтроллера, способного удовлетворить как текущие, так и перспективные требования рынка. В конце 2023 года был представлен 32‑разрядный микроконтроллер MDR1206 (рис. 2), который объединил в себе все необходимые функциональные возможности.
Микроконтроллер со встроенной флеш-памятью программ построен на основе процессорного ядра BM‑310S на базе архитектуры RISC-V от российской компании CloudBear. Производство кристаллов освоено на двух независимых фабриках, что позволит обеспечить выпуск микросхем в достаточных объемах. Микроконтроллер предназначен для использования в приборах учета потребляемой электрической энергии в одно- и трехфазных сетях с различными рабочими напряжениями.
Основные технические характеристики микроконтроллера MDR1206FI:
Микроконтроллер MDR1206 является усовершенствованием выпущенной в 2020 году микросхемы К1986ВК025 (MDR32F02). Теперь в контроллере используется более новая версия процессорного ядра, что позволило более чем на 60% увеличить производительность при выполнении кода из флеш-памяти (более 2,1 CoreMark/MHz) (рис. 3, табл. 1).
Также в новом процессорном ядре реализованы специальные инструкции поддержки российской и иностранной криптографии. За счет реализации криптографических инструкций в системе команд RISC-V удалось отказаться от специализированных аппаратных криптоускорителей, что позволило сэкономить на размере кристалла и потреблении энергии. Но при этом показатели производительности на криптографических задачах даже выросли.
Освободившееся от криптоускорителей место на кристалле позволило увеличить до 512 Кбайт объем энергонезависимой памяти программ, что обеспечивает достаточный запас, в том числе и для перспективных требований к будущим приборам учета.
Для увеличения области применения новой микросхемы расширен диапазон основного питания до 1,8…3,6 В. Также оптимизированы стартовые токи, что позволяет использовать микроконтроллер в приборах, построенных на базе токовой петли 4–20 мА. В микроконтроллере сохранены распиновка и тип корпуса для совместимости с микросхемой К1986ВЕ025. Это позволяет в ранее разработанных приборах осуществить быструю миграцию решений на новый микроконтроллер.
Немаловажными элементами микросхемы являются подсистема батарейного питания и часы реального времени. При отсутствии основного питания счетчик электроэнергии должен продолжать отсчитывать время, а также следить за датчиками проникновения. Данный функционал возложен на специализированный блок батарейного домена, который при отключении питания продолжает работать от отдельной внешней батарейки. Также в этом блоке расположены часы реального времени. К часам реального времени предъявляется требование о максимальном уходе часов в сутки не более чем 5 с. Без применения стабилизированных внешних часовых генераторов это требование сложно выполнить. Но в MDR1206 появился блок температурной компенсации часов реального времени, который обеспечивает работу внешнего дешевого кварца в заданном допустимом диапазоне. Тем самым снова достигается снижение стоимости прибора в целом.
Достаточно серьезные улучшения были сделаны в блоке измерительного сигма-дельта АЦП, в частности доработаны цифровые фильтры блока расчета электроэнергии, добавлены усилители PGA в токовых каналах АЦП, введены дополнительные режимы для более удобной калибровки разброса внешних компонентов измерительного тракта, что позволило значительно повысить точностные характеристики. Также была добавлена возможность подключения к цифровому вычислителю внешних изолированных АЦП.
Аналого-цифровые преобразователи
В микроконтроллер MDR1206 интегрирован 7‑канальный 24‑битный сигма-дельта АЦП с блоком цифровой обработки и расчета показаний потребления электроэнергии. Аппаратный вычислитель позволяет автоматически получать все основные показания. При этом сохраняется возможность работать с «сырыми» данными, что позволяет применять MDR1206 и для обработки любых других сигналов по иным алгоритмам.
Встроенные в микроконтроллер АЦП позволяют строить приборы учета (ПУ) электроэнергии как на базе токовых трансформаторов (рис. 4), так и на основе шунтов (рис. 5). В случае построения счетчиков по шунтовой схеме возможно применение внешних изолированных АЦП.
Для данного случая компания АО «ПКК Миландр» разработала специализированную микросхему MDR5103FI (рис. 6). В ней реализована гальваническая изоляция дельта-сигма модулятора АЦП, обеспечивающая передачу уже цифрового однобитного потока в блоке расчета мощности микроконтроллера (рис. 7). При этом основная часть программного обеспечения полностью совместима со встроенным АЦП в микроконтроллере MDR1206. Кроме изолированного цифрового канала передачи данных от дельта-сигма модулятора в микросхеме MDR5103FI дополнительно реализован изолированный источник питания, что значительно упрощает схему ПУ. Микросхема MDR5103FI выполнена в корпусе DFN18 10×13 (рис. 8).
Основные характеристики микросхемы АЦП MDR5103FI:
Интерфейсы
Основной функцией умных приборов учета является возможность автоматической передачи показаний потребленной энергии. Различные модели счетчиков могут использовать различные интерфейсы передачи, как проводные, так и беспроводные. Но обязательным для всех приборов учета остается необходимость наличия проводного интерфейса RS‑485. Компания АО «ПКК Миландр» выпускает большую номенклатуру микросхем приемопередатчиков, но для задач промышленной автоматизации была специально разработана микросхема MDR3401FI интерфейса RS‑485 (рис. 9).
Основные характеристики микросхемы MDR3401FI:
Микросхема MDR3401FI выполнена в корпусе DFN8 5 × 6. По посадочному месту и назначению выводов корпус совместим с микросхемами в корпусе SO8, например, К5559ИН10хSI, MAX13085EESA и др. На рис. 10 представлен габаритный чертеж корпуса DFN8.
Память
Кроме микросхем проводного интерфейса, микроконтроллера и измерительного АЦП обязательным элементом в каждом умном счетчике является микросхема памяти для хранения журнала событий и результатов измерений. Для этого компания АО «ПКК Миландр» разработала микросхему флеш-памяти MDR2306FI (рис. 11) с объемом 8 Мбайт (64 Мбит) в миниатюрном корпусе DFN8 5×6 мм. Микросхема имеет последовательный SPI/QSPI интерфейс.
Основные характеристики микросхемы памяти MDR2306FI:
информационная емкость 64 Мбит, наличие последовательного SPI-интерфейса;
4 блока по 2 Мбайт;
1 024 сектора по 8 Кбайт;
размер страницы для программирования 512 байт;
возможность стирания страницы, сектора и всей памяти;
многоуровневая аппаратно-программная защита данных;
встроенная схема формирования высоковольтного напряжения программирования и стирания;
поддержка режимов dual-SPI и quad-SPI;
поддержка режима Hold – приостановка операций на шине SPI посредством внешнего вывода;
поддержка режимов Program/Erase Suspend – приостановка операций программирования/стирания;
поддержка режима автоматической загрузки (Execute-In-Place, XIP);
поддержка режима пониженного энергопотребления;
время сохранения данных не менее 20 лет (во всем рабочем диапазоне температур
и напряжений питания);
не менее 20 тыс. циклов записи/стирания данных (во всем рабочем диапазоне температур
и напряжений питания);
напряжение питания от 1,8 до 3,6 В;
ток в режиме пониженного энергопотребления не более 400 мкА;
динамический ток потребления не более 0,2 мА / МГц;
скорость передачи данных до 400 Мбит / с;
рабочий диапазон температур: от –40 до +85 °C.
Сборка микросхем
Компания АО «ПКК Миландр» освоила сквозной маршрут от разработки кристаллов, рамок и подложек корпусов QFN-, DFN-, BGA-, LGA-типов до полного цикла сборки на своих производственных мощностях. Ниже рассмотрим упрощенный технологический маршрут сборки микросхем MDR1206FI в корпус QFN88 10 × 10 (0,4) и MDR5103FI, MDR3401FI в корпус DFN8 5 × 6 (1,27).
Разделение полупроводниковых пластин на кристаллы осуществляется путем выделения отдельного кристалла из монолитной пластины для последующего монтажа его в корпус изделия. Разделение пластин на кристаллы проводится на автоматической установке дисковой резки при помощи алмазных дисков. По окончании процесса резки проводится отмывка пластин в деионизованной воде.
Монтаж кристаллов (рис. 12, рис. 13) должен обеспечивать прочное механическое соединение, требуемый уровень теплоотвода и, при необходимости, электрический контакт. Компания АО «ПКК Миландр» применяет в микросхемах MDR1206FI, MDR5103FI, MDR3401FI отечественный токопроводящий клей «ТОК‑2» (АО «НИИЭМ» (НПЦ АО «ЦКБ РМ»)), который наносится дозатором на монтажные площадки выводной рамки или подложки. Далее кристаллы в соответствии с картой годности монтируются и отправляются на сушку. После чего проводится проверка внешнего вида на соответствие критериям, указанным в технологической документации.
Присоединение выводов (рис. 14) является одной из основных операций сборки микросхем и выполняется методом ультразвуковой сварки путем присоединения внутренних проволочных выводов от контактных площадок кристалла к контактным площадкам выводной рамки. Компания АО «ПКК Миландр» использует в указанных изделиях золотую проволоку отечественного изготовителя АО «МЗСС» диаметром 18, 20 и 25 мкм.
Молдинг (заливка компаундом, рис. 15) – одна из самых ответственных операций технологического процесса производства микросхем, что объясняется следующими причинами. Во-первых, к этому моменту изделие уже представляет высокую ценность, включающую стоимость всех комплектующих, забракованных кристаллов и посадочных мест, а также амортизацию оборудования и т. д. В связи с этим цена ошибки здесь очень велика. Во-вторых, качественная герметизация микросхем обеспечивает их продолжительную работу при механических и климатических воздействиях. После заливки проводится полимеризация компаунда при температуре 180 °C.
Маркировка микросхем проводится лазерным методом для идентификации изделий. Маркировка наносится на поверхность полимеризованного компаунда и содержит обозначение типономинала микросхемы, дату изготовления (год, неделя), товарный знак предприятия-изготовителя и ключ.
Разделение рамок и подложек, залитых компаундом, на микросхемы – завершающая сборочная операция производства микросхем. Для сохранения ориентации микросхем рамка должна быть закреплена на адгезионном носителе. Разделение осуществляется на автоматической установке дисковой резки при помощи алмазных дисков. По окончании процесса разделенные микросхемы раскладываются в упаковочную тару – паллеты (рис. 16), и передаются для проведения измерений электропараметров.
Таким образом, созданный комплект микросхем не только отвечает современным стандартам приборов учета электроэнергии, но и обладает значительным запасом возможностей для будущих модернизаций. В рамках дальнейшего развития планируется разработка комплексного набора базовых схем для приборов учета электроэнергии. Благодаря универсальной архитектуре эти решения могут быть успешно применены в различных областях промышленной автоматизации.
Для ознакомления с продукцией заинтересованные стороны могут запросить бесплатные образцы микросхем. Компания готова предоставить техническую поддержку и консультации по применению разработанных решений. ●
Д. Колесников , П. Пастухов , М. Пяттоев , Е. Сухотерин , И. Тихонова, А. Тучин , С. Шумилин
АО «ПКК Миландр» занимается разработкой и производством микросхем для счетчиков электроэнергии. Компания совершенствует каждое новое поколение микросхем, принимая во внимание меняющиеся требования и обратную связь. В статье описываются основные технические характеристики микросхем для приборов учета: микроконтроллера MDR1206FI, микросхемы АЦП MDR5103FI, микросхемы MDR3401FI проводного интерфейса RS‑485, а также микросхемы флеш-памяти MDR2306FI.
Современный электронный счетчик электроэнергии представляет собой высокотехнологичное устройство, основой которого служат интегральные схемы. Именно эти компоненты определяют ключевые функциональные возможности прибора и точность его измерений. Примечательно, что, несмотря на относительно небольшую долю комплектующих в общей стоимости счетчика (неболее 20%), именно микросхемы играют решающую роль в формировании его технических характеристик и конечной цены. Это обусловлено значительными затратами на разработку схемотехнических решений и программного обеспечения. В связи с этим выбор интегральных схем становится приоритетным этапом при разработке новых приборов учета. Производители уделяют этому аспекту особое внимание, поскольку от правильного подбора микросхем зависит не только функциональность, но и конкурентоспособность всего устройства на рынке.
Микроконтроллер
АО «ПКК Миландр» на протяжении более десяти лет специализируется на разработке и производстве специализированных микросхем (рис. 1) для счетчиков электроэнергии. За этот период компания создала несколько поколений микросхем, каждое из которых совершенствовалось с учетом опыта эксплуатации предыдущих версий и меняющихся требований к измерительным приборам.
Архитектурная структура современных счетчиков электроэнергии остается относительно стабильной на протяжении последних лет. Однако именно детали реа-
лизации и специфические технические требования играют решающую роль при выборе микроконтроллера. Нередко это приводит к необходимости использования в одном устройстве двух или даже трех различных микроконтроллеров для выполнения всех необходимых функций.
Опираясь на обширный опыт работы и тесное взаимодействие с потенциальными заказчиками, компания «ПКК Миландр» разработала новое поколение центрального микроконтроллера, способного удовлетворить как текущие, так и перспективные требования рынка. В конце 2023 года был представлен 32‑разрядный микроконтроллер MDR1206 (рис. 2), который объединил в себе все необходимые функциональные возможности.
Микроконтроллер со встроенной флеш-памятью программ построен на основе процессорного ядра BM‑310S на базе архитектуры RISC-V от российской компании CloudBear. Производство кристаллов освоено на двух независимых фабриках, что позволит обеспечить выпуск микросхем в достаточных объемах. Микроконтроллер предназначен для использования в приборах учета потребляемой электрической энергии в одно- и трехфазных сетях с различными рабочими напряжениями.
Основные технические характеристики микроконтроллера MDR1206FI:
- система команд – RISC-V 32 бита;
- тактовая частота – до 50 МГц (MDR1206FI), до 42 МГц (MDR1206AFI);
- внутренняя флеш-память 2 × 256 + 2 × 8 Кбайт, ОЗУ 112 Кбайт;
- периферия 4 × UART, 3 × SSP, 1 × I2C, 1 × ISO7816;
- 24‑разрядный ΣΔ АЦП (7 каналов); 10‑разрядный АЦП (3 канала);
- температурный сенсор;
- часы реального времени;
- фиксация проникновения, ОЗУ криптографических ключей, генератор случайных чисел;
- число пользовательских выводов 55 GPIO;
- напряжение питания Ucc от 1,8 до 3,6 В;
- корпус QFN88 10 × 10 × 0,75 (0,4);
- диапазон рабочих температур – 50… +85 °C.
Микроконтроллер MDR1206 является усовершенствованием выпущенной в 2020 году микросхемы К1986ВК025 (MDR32F02). Теперь в контроллере используется более новая версия процессорного ядра, что позволило более чем на 60% увеличить производительность при выполнении кода из флеш-памяти (более 2,1 CoreMark/MHz) (рис. 3, табл. 1).
Также в новом процессорном ядре реализованы специальные инструкции поддержки российской и иностранной криптографии. За счет реализации криптографических инструкций в системе команд RISC-V удалось отказаться от специализированных аппаратных криптоускорителей, что позволило сэкономить на размере кристалла и потреблении энергии. Но при этом показатели производительности на криптографических задачах даже выросли.
Освободившееся от криптоускорителей место на кристалле позволило увеличить до 512 Кбайт объем энергонезависимой памяти программ, что обеспечивает достаточный запас, в том числе и для перспективных требований к будущим приборам учета.
Для увеличения области применения новой микросхемы расширен диапазон основного питания до 1,8…3,6 В. Также оптимизированы стартовые токи, что позволяет использовать микроконтроллер в приборах, построенных на базе токовой петли 4–20 мА. В микроконтроллере сохранены распиновка и тип корпуса для совместимости с микросхемой К1986ВЕ025. Это позволяет в ранее разработанных приборах осуществить быструю миграцию решений на новый микроконтроллер.
Немаловажными элементами микросхемы являются подсистема батарейного питания и часы реального времени. При отсутствии основного питания счетчик электроэнергии должен продолжать отсчитывать время, а также следить за датчиками проникновения. Данный функционал возложен на специализированный блок батарейного домена, который при отключении питания продолжает работать от отдельной внешней батарейки. Также в этом блоке расположены часы реального времени. К часам реального времени предъявляется требование о максимальном уходе часов в сутки не более чем 5 с. Без применения стабилизированных внешних часовых генераторов это требование сложно выполнить. Но в MDR1206 появился блок температурной компенсации часов реального времени, который обеспечивает работу внешнего дешевого кварца в заданном допустимом диапазоне. Тем самым снова достигается снижение стоимости прибора в целом.
Достаточно серьезные улучшения были сделаны в блоке измерительного сигма-дельта АЦП, в частности доработаны цифровые фильтры блока расчета электроэнергии, добавлены усилители PGA в токовых каналах АЦП, введены дополнительные режимы для более удобной калибровки разброса внешних компонентов измерительного тракта, что позволило значительно повысить точностные характеристики. Также была добавлена возможность подключения к цифровому вычислителю внешних изолированных АЦП.
Аналого-цифровые преобразователи
В микроконтроллер MDR1206 интегрирован 7‑канальный 24‑битный сигма-дельта АЦП с блоком цифровой обработки и расчета показаний потребления электроэнергии. Аппаратный вычислитель позволяет автоматически получать все основные показания. При этом сохраняется возможность работать с «сырыми» данными, что позволяет применять MDR1206 и для обработки любых других сигналов по иным алгоритмам.
Встроенные в микроконтроллер АЦП позволяют строить приборы учета (ПУ) электроэнергии как на базе токовых трансформаторов (рис. 4), так и на основе шунтов (рис. 5). В случае построения счетчиков по шунтовой схеме возможно применение внешних изолированных АЦП.
Для данного случая компания АО «ПКК Миландр» разработала специализированную микросхему MDR5103FI (рис. 6). В ней реализована гальваническая изоляция дельта-сигма модулятора АЦП, обеспечивающая передачу уже цифрового однобитного потока в блоке расчета мощности микроконтроллера (рис. 7). При этом основная часть программного обеспечения полностью совместима со встроенным АЦП в микроконтроллере MDR1206. Кроме изолированного цифрового канала передачи данных от дельта-сигма модулятора в микросхеме MDR5103FI дополнительно реализован изолированный источник питания, что значительно упрощает схему ПУ. Микросхема MDR5103FI выполнена в корпусе DFN18 10×13 (рис. 8).
Основные характеристики микросхемы АЦП MDR5103FI:
- напряжение питания от 3,0 до 3,6 В;
- ток потребления не более 14 мА;
- не требуется питание для изолированной части;
- дифференциальное напряжение на входах ±25 мВ, ±50 мВ, ±100 мВ в зависимости от исполнения;
- отношение сигнал/шум (SNR) ~80 дБ при частоте выдачи данных 4 кГц;
- устойчивость к синфазным помехам (CMTI) – не менее 50 кВ/мкс;
- пиковое напряжение изоляции не менее 4 500 В (может быть уточнено по результатам длительных испытаний);
- максимальное рабочее напряжение изоляции не менее 2 000 В (может быть уточнено по результатам длительных испытаний).
Интерфейсы
Основной функцией умных приборов учета является возможность автоматической передачи показаний потребленной энергии. Различные модели счетчиков могут использовать различные интерфейсы передачи, как проводные, так и беспроводные. Но обязательным для всех приборов учета остается необходимость наличия проводного интерфейса RS‑485. Компания АО «ПКК Миландр» выпускает большую номенклатуру микросхем приемопередатчиков, но для задач промышленной автоматизации была специально разработана микросхема MDR3401FI интерфейса RS‑485 (рис. 9).
Основные характеристики микросхемы MDR3401FI:
- напряжение источника питания от 3,0 до 5,5 В;
- входной импеданс приемника соответствует 1 / 8 единице нагрузки, что допускает параллельное включение до 256 микросхем;
- схема приемника, отказоустойчивая к наличию КЗ и обрыва на шине, что не требует использования внешних fail-safe-резисторов;
- синфазное напряжение шины данных от –7 до +12 В;
- защита от перегрева;
- защита от короткого замыкания;
- скорость передачи данных до 30 Мбит / с;
- температурный диапазон от –40 до +85 °C.
Микросхема MDR3401FI выполнена в корпусе DFN8 5 × 6. По посадочному месту и назначению выводов корпус совместим с микросхемами в корпусе SO8, например, К5559ИН10хSI, MAX13085EESA и др. На рис. 10 представлен габаритный чертеж корпуса DFN8.
Память
Кроме микросхем проводного интерфейса, микроконтроллера и измерительного АЦП обязательным элементом в каждом умном счетчике является микросхема памяти для хранения журнала событий и результатов измерений. Для этого компания АО «ПКК Миландр» разработала микросхему флеш-памяти MDR2306FI (рис. 11) с объемом 8 Мбайт (64 Мбит) в миниатюрном корпусе DFN8 5×6 мм. Микросхема имеет последовательный SPI/QSPI интерфейс.
Основные характеристики микросхемы памяти MDR2306FI:
информационная емкость 64 Мбит, наличие последовательного SPI-интерфейса;
4 блока по 2 Мбайт;
1 024 сектора по 8 Кбайт;
размер страницы для программирования 512 байт;
возможность стирания страницы, сектора и всей памяти;
многоуровневая аппаратно-программная защита данных;
встроенная схема формирования высоковольтного напряжения программирования и стирания;
поддержка режимов dual-SPI и quad-SPI;
поддержка режима Hold – приостановка операций на шине SPI посредством внешнего вывода;
поддержка режимов Program/Erase Suspend – приостановка операций программирования/стирания;
поддержка режима автоматической загрузки (Execute-In-Place, XIP);
поддержка режима пониженного энергопотребления;
время сохранения данных не менее 20 лет (во всем рабочем диапазоне температур
и напряжений питания);
не менее 20 тыс. циклов записи/стирания данных (во всем рабочем диапазоне температур
и напряжений питания);
напряжение питания от 1,8 до 3,6 В;
ток в режиме пониженного энергопотребления не более 400 мкА;
динамический ток потребления не более 0,2 мА / МГц;
скорость передачи данных до 400 Мбит / с;
рабочий диапазон температур: от –40 до +85 °C.
Сборка микросхем
Компания АО «ПКК Миландр» освоила сквозной маршрут от разработки кристаллов, рамок и подложек корпусов QFN-, DFN-, BGA-, LGA-типов до полного цикла сборки на своих производственных мощностях. Ниже рассмотрим упрощенный технологический маршрут сборки микросхем MDR1206FI в корпус QFN88 10 × 10 (0,4) и MDR5103FI, MDR3401FI в корпус DFN8 5 × 6 (1,27).
Разделение полупроводниковых пластин на кристаллы осуществляется путем выделения отдельного кристалла из монолитной пластины для последующего монтажа его в корпус изделия. Разделение пластин на кристаллы проводится на автоматической установке дисковой резки при помощи алмазных дисков. По окончании процесса резки проводится отмывка пластин в деионизованной воде.
Монтаж кристаллов (рис. 12, рис. 13) должен обеспечивать прочное механическое соединение, требуемый уровень теплоотвода и, при необходимости, электрический контакт. Компания АО «ПКК Миландр» применяет в микросхемах MDR1206FI, MDR5103FI, MDR3401FI отечественный токопроводящий клей «ТОК‑2» (АО «НИИЭМ» (НПЦ АО «ЦКБ РМ»)), который наносится дозатором на монтажные площадки выводной рамки или подложки. Далее кристаллы в соответствии с картой годности монтируются и отправляются на сушку. После чего проводится проверка внешнего вида на соответствие критериям, указанным в технологической документации.
Присоединение выводов (рис. 14) является одной из основных операций сборки микросхем и выполняется методом ультразвуковой сварки путем присоединения внутренних проволочных выводов от контактных площадок кристалла к контактным площадкам выводной рамки. Компания АО «ПКК Миландр» использует в указанных изделиях золотую проволоку отечественного изготовителя АО «МЗСС» диаметром 18, 20 и 25 мкм.
Молдинг (заливка компаундом, рис. 15) – одна из самых ответственных операций технологического процесса производства микросхем, что объясняется следующими причинами. Во-первых, к этому моменту изделие уже представляет высокую ценность, включающую стоимость всех комплектующих, забракованных кристаллов и посадочных мест, а также амортизацию оборудования и т. д. В связи с этим цена ошибки здесь очень велика. Во-вторых, качественная герметизация микросхем обеспечивает их продолжительную работу при механических и климатических воздействиях. После заливки проводится полимеризация компаунда при температуре 180 °C.
Маркировка микросхем проводится лазерным методом для идентификации изделий. Маркировка наносится на поверхность полимеризованного компаунда и содержит обозначение типономинала микросхемы, дату изготовления (год, неделя), товарный знак предприятия-изготовителя и ключ.
Разделение рамок и подложек, залитых компаундом, на микросхемы – завершающая сборочная операция производства микросхем. Для сохранения ориентации микросхем рамка должна быть закреплена на адгезионном носителе. Разделение осуществляется на автоматической установке дисковой резки при помощи алмазных дисков. По окончании процесса разделенные микросхемы раскладываются в упаковочную тару – паллеты (рис. 16), и передаются для проведения измерений электропараметров.
Таким образом, созданный комплект микросхем не только отвечает современным стандартам приборов учета электроэнергии, но и обладает значительным запасом возможностей для будущих модернизаций. В рамках дальнейшего развития планируется разработка комплексного набора базовых схем для приборов учета электроэнергии. Благодаря универсальной архитектуре эти решения могут быть успешно применены в различных областях промышленной автоматизации.
Для ознакомления с продукцией заинтересованные стороны могут запросить бесплатные образцы микросхем. Компания готова предоставить техническую поддержку и консультации по применению разработанных решений. ●
Отзывы читателей
