用于在具有电离辐射的区域中运行的、并具有与辐射剂量相关的损坏信息的输出能力的...的制作方法
用于在具有电离辐射的区域中运行的、并具有与辐射剂量相关的损坏信息的输出能力的 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在具有电离辐射的区域中运行的集成电路、尤其是微控制器。
[0002]本发明另外还涉及一种用于在具有电离辐射的区域中、尤其是在核区域中运行的危险报警器。该危险报警器具有至少一个用于探测至少一个危险参量的探测单元、用于输出报警信号的至少一个集成电路以及其他电气器件。
[0003]最后本发明涉及一种用于确定由作用在集成电路上的电离辐射所造成的集成电路的损坏信息的方法。
【背景技术】
[0004]也被简称为IC (Integrated Circuit)的集成电路是在半导体衬底或在半导体芯片上所设置的电子电路。因此其也被称作固体电路或单片电路。这种集成电路典型地具有多个相互连接的电子器件。用于制造该集成电路的半导体材料优选地是硅。也可以替代地是锗、砷化镓、碳化硅或其他合适的半导体材料。优选地，为了在技术上实现集成电路的的半导体器件而采用了 CMOS半导体工艺(CMOS表示互补金属氧化物半导体)。也可以替代地采用PMOS或NMOS半导体工艺、双极半导体工艺或其组合，比如BiCMOS半导体工艺。
[0005]危险报警器比如是火灾报警器，比如光学烟雾报警器或热报警器。光学烟雾报警器比如可以基于散射光原理或基于声光原理。如果该危险报警器是热报警器，那么就比如借助依赖于温度的电阻来检测当前存在于该热报警器的环境中的温度。所考虑的危险报警器也可以是烟雾气体报警器，其具有气体传感器来作为探测单元，比如气体FET (FET表示场效应晶体管)。另外，该危险报警器也可以是移动报警器，其具有用于移动探测的PIR探测单元(PIR表示被动红外)。所考虑的危险报警器也可以具有前述探测单元的组合。
[0006]危险报警器也可以作为线型烟雾报警器来构造，其基于消光原理。这种线型烟雾报警器尤其用在大或窄的空间中，比如在走廊、仓库和生产厂房以及飞机库中，并安装在天花板下的墙壁上。在第一实施方式中，发射器和接收器相对着布置，并且不需要反射器。在第二实施方式中，由发射器所发射的光束通过反射器被偏转返回到接收器。发射器和接收器彼此相邻地布置。这种线型烟雾报警器的测量段典型地处于20m至200m的范围内，其在第一实施方式的情况下对应于在发射器与接收器之间的与测量段相对应的距离。在第二实施方式的情况下，在发射器/接收器与反射器之间的距离对应于测量段的一半。
[0007]用电离辐射来表示具有5eV和更高电离能量的粒子辐射或电磁辐射，其能够把电子从原子或分子中撞击出来，使得留下带正电荷的离子或分子残留。
[0008]一些电离辐射来自于放射性物质，比如在具有增大的、尤其具有高放射性辐射的区域中。这种区域比如可能是核区域或太空。核区域尤其表示比如在核电厂内的、放射性废料的核技术再加工设备或最终或临时仓库中的空间隔离区域。
[0009]电离或放射性辐射通常对电子构件、并尤其是对半导体器件具有破坏性的有害影响。这种器件具有小于I ym、尤其小于10nm的非常精细的半导体结构。所有类型的高能电离辐射在此都与半导体晶体进行相互作用。阿尔法和贝塔辐射作为粒子辐射已经可以通过几毫米厚的材料厚度而被屏蔽，比如通过壳体铁板或塑料壳体，而仅利用高的材料耗费才能够实现对电磁伽马辐射的有效屏蔽。按照屏蔽要求，可能需要一米以及更大屏蔽厚度的铅屏蔽。即使对阿尔法和贝塔辐射的屏蔽可以相对简单地来实现，但伽马辐射对半导体器件的屏蔽或壳体的作用仍然导致在小范围内也产生次级阿尔法粒子和贝塔粒子，其在此方面与半导体晶体进行相互作用。通过这种入射的粒子与晶格原子的相互作用，晶格原子可能从该晶格束缚中释放出来，并产生缺陷点。自由的原子如果具有足够传输的冲击能量，那么其能够撞击出其他的原子，或者运动到晶格间隙位置中。形成了所谓的空位-晶格间隙原子复合体。
[0010]起作用的辐射的一种重要影响是产生晶体缺陷，其在禁带中产生附加的能量状态，并因此产生复合中心。在具有提高的复杂度的半导体微结构中，比如在微控制器、微处理器、ASIC或FPGA中，这种效应加速出现。但相反几乎不涉及电阻或电容器。
[0011]由于该原因，优选地使用鲁棒的分立的半导体器件、如晶体管或二极管，以便对电路中的电参数的加速退化加以考虑，尤其大多数抗辐射的、较老的集成半导体构件、比如1C、逻辑门等，其具有大于I ym的结构尺寸，并由于广泛发展的小型化而在半导体市场上几乎不能获得。
[0012]通过采用分立的半导体器件，因此可以实现诸如3年的、与诸如核电厂中的相关要求相对应的最短寿命。这种要求比如可以是，火灾报警器必须在3年的时间段内“经受住”0.25Gy的福射剂量或能量剂量。在此用Gy (表示Gray，=10rad)来表示所吸收的能量剂量D的SI单位。与时间有关的所吸收的能量剂量在此被称作剂量率或剂量功率。
[0013]放射性辐射对电子半导体构件的影响、尤其是与之相关联的对这种半导体部件的时间累积的或时间瞬时的损害的详细描述在波鸿鲁尔大学电子技术系1990年DetlefBrumbi 的博士论文“Bauelemente-Degradat1n durch rad1active Strahlung und derenKonsequenzen fuer und Entwurf strahlenresistenter elektronischer Schaltungen(放射性辐射导致的器件退化以及其对于防辐射电子电路设计的影响)”中有描述。
[0014]在2009年6月6日的美国加利福尼亚帕萨迪娜的加利福尼亚理工学院(CIT)的喷气推进实验室(JPL)的出版物 JPL D-33339 题目为“Test Method for Enhanced Low DoseRate Damage (ELDRS) Effects in Integrated Circuits for Outer Planetary Miss1n(用于外行星任务的集成电路中的增强低剂量率损害(ELDRS)效应的测试方法)”中，关于计划的欧洲木星轨道器(JEO)任务，借助一种二级加速测试方法而对不同的集成电路、如双极技术和BiCMOS技术的电压调节器、运算放大器和比较装置关于其辐射敏感性进行研宄。为了加快测试，而使用了与在任务期间所期待的真实剂量率相比更高的剂量率。具有直至100krad (Si)的对于整个任务所期待的累加的辐射剂量的实际测试相反在很多时候都被纳入考虑范围，并因此是不切实际的。在所推荐的ELDRS测试中，电路首先以最大1mrad(Si)的小的剂量率被辐射，直至30至50krad的辐射剂量。接着，电路以40 mrad(Si)的剂量率被辐射，直至达到所要求的总辐射剂量。
[0015]在该出版物的附录I中还公开，在辐射测试期间除了提高剂量率之外还可以提高电路的温度，以便通过由热所决定的反作用的复合速率来补偿由辐射所决定的所引起的空位的形成速率的提高。还公开的是，如果电路温度选择得太高(“如果温度太高，那么损害可能实际上被退火，如在Motorola LM324的第二附图中所示”)，如在图10和11的例子中为135°C，那么电路的真正要确定的损害通过该“退火效应”而以不希望的方式再次消失。
【发明内容】
[0016]基于前述的现有技术，本发明的任务是说明一种集成电路，其在具有电离辐射的区域中(常规)运行时具有延长的寿命。
[0017]本发明的另一任务是，说明一种改进的危险报警器，用于在具有电离辐射的(常规)区域中应用。
[0018]最后，本发明的任务是说明一种尤其简单的方法，该方法允许确定集成电路的损坏信息，该集成电路遭受产生作用的电离辐射。
[0019]所述任务通过独立专利权利要求的主题来解决。本发明的有利的实施方式在从属权利要求中被描述。
[0020]根据本发明，该集成电路具有温度调节电路的至少一部分，以用于将电路温度调节提高到预先给定的、基本恒定的运行温度值上。对此，该电路的电功率消耗被提高了可调节的附加电功率。另外，该电路具有输出对其作用的电离辐射所导致的该集成电路的损坏信息的能力，其中该损坏信息可以根据与辐射剂量相关的所述可调节的附加电功率的下降来确定。“根据与辐射剂量有关的所述可调节的附加电功率的下降”意思是所述可调节的附加电功率的与该集成电路的所吸收的辐射剂量相关的下降。所吸收的辐射剂量也被简称为TID，其表不 “Total Irradiated Dose，总福射剂量”或 “Total 1nizing Dose，总电离剂量”。其物理单位为“rad”或“Gy”(表示Gray=10 rad)。代替专业术语“辐射剂量”，还可以采用术语“能量剂量”。
[0021]所需可调节的附加电功率的与辐射剂量相关的下降的原因是在集成电路中的漏电流损耗功率的与辐射剂量相关的增加。
[0022]本发明所基于的知识是，随着与辐射剂量或能量剂量相关的漏电流损耗功率的增加，该漏电流损耗功率在此方面对该集成电路加热，现在为了将该集成电路加热到预先给定的运行温度所需的可调节的附加功率或附加的加热功率可以相应被降低。漏电流损耗功率的该增加或者所需附加功率的下降于是就是该集成电路与辐射剂量相关的损坏的计量单位。
[0023]可调节的附加电功率的下降因此是长期趋势，该长期趋势在通常不变的、基本相同的外部边界条件下、比如相同的环境温度和集成电路的相同的电损耗功率，除去用于对该集成电路进行附加的加热的可调的附加电功率之外，而出现。其因此是集成电路针对其常规应用、比如在烟雾报警器中监控运行所检测和要处理的火灾参量时所需的单纯的电损耗功率。
[0024]通过所确定的损坏信息，可以有利地确定该集成电路的寿命结束或还剩余的剩余运行时间。该损坏信息比如可以是损坏程度，比如百分比值或数值。在百分比值的情况下，0%的值表示集成电路的初始状态，100%的值表示失效状态。0%的值比如可以对应于初始状态中的漏电流损耗功率值，100%的值对应于在该集成电路失效时的漏电流损耗功率值。之间的百分比值可以由当前漏电流损耗功率值与失效状态下漏电流损耗功率值和初始状态下漏电流损耗功率值之间的差的比值来导出。漏电流损耗功率值也可以在测量技术上在针对相应集成电路进行类型或样本检查的范围内凭经验地或基于计算机辅助模拟模型来确定。
[0025]损坏信息也可以是损坏通知，其作为信号、文本、数据字或作为二进制信息、比如无损/有损地而被输出。
[0026]另一优点是，可以放弃用于检测电离辐射的辐射传感器。
[0027]漏电流损耗功率的增加比如可以通过在电路中所集成的电流测量传感器来确定。优选地通过分析芯片内部功能组件接通的接通时间和断开时间来进行所述确定，所述功能组件不一定或者不经常是该集成电路的按规定的运行所需的。功能组件比如可以是A/D变换器或D/A变换器，所述变换器不是所需要的，但在接通之后就产生热损耗功率。如果比如该接通时间与断开时间之比作为该集成电路加热调节的调节变量而随着该集成电路在电离环境中的运行时间而下降，那么这种下降就与该集成电路的辐射所决定的损坏相关联。
[0028]比如可以通过该集成电路的至少一个引脚来输出该损坏信息，比如作为模拟电压值、以数字编码形式通过多个引脚或作为串行数据比特序列通过一个引脚来输出。其也可以替代地以光学途径、比如通过在电路中所集成的发光二极管或者无线地借助在该电路中所集成的无线接口来输出。
[0029]根据一个实施方式，预先给定的、基本恒定的运行温度值处于70°C至由集成电路的制造商所指定的最大运行温度值之间的范围中。集成电路在此尤其针对扩大的温度范围或针对高温范围来设计。最大的指定的运行温度值比如为90、100、110或120°C。其也可以处于更高的温度值，比如150°C。
[0030]根据另一实施方式，电路具有半导体芯片和芯片壳体。在也被称作衬底的半导体芯片上应用了至少一个电加热元件，以用于加热该集成电路。替代地或附加地可以在芯片壳体中应用至少一个电加热元件。该电加热元件优选地是可控的半导体器件，比如其损耗功率可调的双极晶体管或FET、或者欧姆电阻、比如SMD电阻。可以平面分布地在半导体芯片上或者在芯片壳体中应用多个这种电阻。
[0031]根据一个优选的实施方式，集成电路具有半导体芯片，在该半导体芯片上集成有温度传感器，尤其是Pn 二极管，以用于检测电路温度。该温度传感器在此是该温度调节电路的部分。由此精确以及快速的芯片内部温度检测是可以的。不需要该集成电路外部的接线。
[0032]该集成电路尤其是以CMOS技术来制造的微控制器、微处理器、FPGA或ASIC。
[0033]根据另一实施方式，该集成电路是一种处理器辅助电路。温度调节电路的至少一部分作为计算机程序来实现，该计算机程序在该集成的处理器辅助的电路上来执行。由此能够以简单的方式来实施温度调节。
[0034]优选地，该处理器辅助电路具有模/数变换器，以用于检测由该温度传感器所输出的、与该电路温度相关的电测量变量。通过该处理器辅助电路来进一步处理相应的数字值以进行温度调节。该测量变量比如可以是在该温度传感器上所施加的测量电压或者流过该温度传感器的测量电流，其随着温度的上升而上升或替代地下降。
[0035]优选地，该集成的处理器辅助电路是微控制器。在该微控制器上所执行的用于温度调节的计算机程序具有合适的程序步骤，和/或其控制合适的损耗功率控制程序，以便控制或暂时接通该微控制器的内部功能组件，使得能够将为了调节微控制器的温度所需的电功率消耗调节到运行温度值。功能组件比如是计时器、存储器、时钟发生器、硬件乘法器、DMA (表示直接存储器存取)、看门狗、串行接口、比较装置、DAC (表示数/模变换器)、ADC (表示模/数变换器)、以及模拟或数字输出端。
[0036]模拟或数字输出端比如可以与外部欧姆电阻、比如与SMD电阻相连接，该电阻在功率匹配意义上来确定大小，使得在芯片内部以热的形式来产生最大损耗功率。所述可调节的附加功率比如也可以通过存储拷贝动作或者通过执行数学函数在提高CPU或处理器负荷的意义上而被提高。替代地或附加地可以提高处理器或微控制器的时钟速率。
[0037]另外，优选地，通过温度调节程序来控制和/或接通内部功能组件，使得大面积地尽可能均匀地在半导体芯片上产生损耗热量。
[0038]对此，在该集成电路上相应的所接通的功能组件的热局部影响可以借助热成像相机来确定。于是就可以在测量技术上来确定每个功能组件的位置以及在那里所产生的损耗功率。通过对功能组件的合适的叠加的控制，因此可以为可调的附加电功率的当前所需的功率值来构建功能组件的接通和断开曲线。所述曲线于是就可以以合适的程序步骤的形式在温度调节程序中来描述。
[0039]根据一个实施方式，温度调节程序具有合适的程序步骤，以便确定用于将集成电路的温度调节到运行温度值所需的可调附加电功率。其另外还具有程序步骤，以便根据漏电流损耗功率上升或根据附加电功率的相应下降来确定并输出该集成电路的损坏信息。替代地或附加地，该温度调节程序具有程序步骤，以便当漏电流损耗功率超过预先给定的最大值，或者当所需的附加功率低于预先给定的最小值时，输出报警通知。
[0040]根据一个尤其有利的实施方式，集成电路附加地隔热地封装。热隔离比如可以作为由绝热材料构成的封装来实现，其中容纳了集成电路以及必要时其他的电器件。如果集成电路应用在电路载体上，那么该热隔离就可以作为由绝热材料构成的半壳来实现，其从安装侧起包围集成电路。作为绝热材料，针对所设置的运行温度范围考虑耐高温塑料，比如以硬质泡沫塑料板形式的聚氨酯。其也可以是发泡的合成橡胶，其基于氯丁橡胶、EPDM (表示三元乙丙橡胶)或类似的橡胶基材。另外，其比如还可以由泡沫玻璃来构成。前述的材料必须直到所选择的最大运行温度都是稳定的。
[0041]替代地或附加地，所述热隔离可以是根据保温瓶原理的真空隔离。在这种情况下，该集成电路可以被容纳在尽可能抽真空的、比如由金属构成的封装中。该封装也可以实施为双层的，其中于是在双层之间的区域尽可能被抽真空，或者利用隔热气体，比如惰性气体来填充。电引线于是相应气密地从该封装中被引出。
[0042]本发明的任务另外利用危险报警器、尤其是利用火灾报警器来解决，该危险报警器具有至少一个探测单元以用于探测至少一个危险参量，另外还具有电器件以及至少一个根据本发明的温度调节的集成电路。该集成电路至少被设置用于进一步处理相应的所探测的危险参量、输出报警信号以及输出由产生作用的电离辐射所造成的至少一个集成电路的损坏信息。
[0043]该危险报警器也可以作为线型烟雾报警器来构造。这种报警器具有烟雾报警单元并且必要时具有至少一个光偏转单元。该烟雾报警单元包括探测单元，该探测单元在其侧具有用于发射穿越测量段的光束的光发射器以及用于在测量段末尾来接收所发射的光束的光接收器，以便探测至少一个危险参量。 所述至少一个偏转单元被设置用于把由该光发射器所发射的光束偏转返回到该光接收器。该线型烟雾报警器具有电器件以及至少一个根据本发明的温度调节的集成电路。后者至少用于进一步处理相应的所探测的危险参量、用于输出报警信号、以及用于输出由产生作用的电离辐射所导致的至少一个集成电路的损坏信息。
[0044]根据一个实施方式，如果相应的漏电流损耗功率超过预先给定的最大值，或者如果相应的附加电功率低于预先给定的最小值，那么该报警通知可以通过所述至少一个集成电路而被输出到在信号技术或数据技术上与该危险报警器相连的危险报警中心。
[0045]最后，本发明的任务还通过与根据本发明的集成电路相对应的方法来解决，该方法被设置用于确定集成电路的由对其产生作用的电离辐射所造成的损坏信息。在此，该电路温度被调节提高到预先给定的、基本恒定的运行温度值上，以便通过随电路温度增高而增大的空穴复合速率来至少部分地补偿在该集成电路的半导体芯片中由电离辐射所引起的提高的空穴导电性。为了提高电路温度，集成电路的功率消耗被提高了可调的附加电功率。根据在电路中与辐射剂量有关的漏电流损耗功率的增加，或者根据所需的附加电功率的相应下降来确定集成电路的损坏信息，并然后将其输出。
【附图说明】
[0046]本发明以及本发明的有利的实施以下文的附图为例来进行解释。其中:
图1示出了一种危险报警设备的例子，该危险报警设备具有报警中心并具有位于核区域中的三个危险报警器，所述危险报警器分别通过双线导线连接到该报警中心，
图2示出了另一危险报警设备的例子，该危险探测设备具有报警中心并具有位于核区域中的三个可寻址的危险报警器，所述危险报警器通过共同的双线导线连接到该报警中心，
图3示出了根据本发明的在集成电路中与辐射剂量相关的漏电流损耗功率的示例增加的图示、以及由此导出的该集成电路的损坏程度，
图4示出了根据本发明的具有集成电路的计算确定的损坏信息以及报警通知的输出的用于调节集成电路的温度的温度调节回路的例子，
图5在功能上示出了根据本发明的在作为集成电路的微控制器中所集成的温度调节回路的例子以及具有温度调节程序的例子，该温度调节程序用于调节电功率消耗以及用于确定并输出微控制器的损坏信息，
图6示出了作为具有根据本发明的微控制器的危险报警器的例子的组合的烟雾气体/热报警器，
图7示出了根据本发明的一个光学烟雾报警器作为具有隔热封装的微控制器的危险报警器的例子，以及
图8示出了根据本发明的作为线型烟雾报警器来构造的危险报警器的例子，该危险报警器具有偏转单元以及烟雾报警单元，该烟雾报警单元具有根据本发明的微控制器。
【具体实施方式】
[0047]图1示出了危险报警设备100的例子，其具有报警中心2并具有三个位于核区域NUC中、分别通过本身已知的双线导线连接到该报警中心2的危险报警器I。
[0048]核区域NUC通过代表放射性辐射、即电离辐射的三个符号来表示。所示的危险报警器I比如可以是光学烟雾报警器，其具有根据散射原理来探测烟雾颗粒的光学探测单元。通常，该探测单元被设置用于探测至少一个危险参量或火灾参量。该危险报警器可以替代地作为热报警器而具有温度探测单元、比如温度传感器，以用于火灾探测。另外，危险报警器可以作为烟雾气体报警器而具有气体传感器，以用于探测火灾典型的烟雾气体。因为危险报警器I成点状分布布置在要监控的区域中，所以其也可以被称作点报警器。
[0049]另外，报警中心2被布置在核区域NUC外部。对于至少主要仅连接火灾报警器I并尤其是仅连接烟雾报警器I的情况，报警中心也可以被称作火灾报警中心。因为报警中心2原则上不被设置用于在核区域NUC中运行，所以其典型地具有仅工业适用的半导体器件。用SIG来表示分别由所连接的危险报警器I所输出的报警或探测信号SIG，其表明了危险报警器的状态。报警信号SIG比如可以是第一或第二警报级别、就绪通知、错误通知或编码的探测电平。这种报警信号SIG的可能状态通常以已知的方式经过电流调制而从所连接的危险报警器I传输到报警中心2。相应的报警信号SIG最后由报警中心2来检测，其然后必要时比如向消防部门输出警报通知。
[0050]图2示出了另一危险报警设备100的例子，其具有报警中心2并具有位于核区域NUC中的通过共同的双线导线连接到该报警中心2的三个可寻址的危险报警器I。
[0051]用ADR1-ADR3来表示相应的选择地址，其在所示的危险报警器I中优选地已经手动来设定。用ADR来表示由该报警中心2所输出的报警器地址。如果ADR与选择地址ADR1-ADR3之一相一致，那么就寻址相应的危险报警器I。再次用SIG来表示由被寻址的危险报警器I所输出的报警信号，来作为对已进行的有效寻址的响应。
[0052]在图1以及在图2中的危险报警器I的供电优选地通过未进一步表示的双线导线由该报警中心2来进行。该双线导线也可以被称作报警器总线。
[0053]图3示出了根据本发明的在集成电路中与辐射剂量或能量剂量相关的漏电流损耗功率匕的示例增加的图示，以及由此导出的该集成电路以损坏程度形式的损坏信息DEG。用表示该集成电路的总的电功率消耗，其比如被假定为恒定的。考虑求平均，这比如在烟雾报警器中也是该情况。用h来表示以下时间点，从该时间点起电路在核区域中以比如恒定的剂量功率来遭受持续电离辐射、比如放射性辐射。该时间点h因此也可以被称作开始福射部署(Strahlendisposit1n)的开始时间点。用1^来表示所期待的寿命结束的时间点，即该集成电路技术失效的时间点，用Ρ#ΡΕ来表示相应的所属的附加电功率值，并用Pmin来表示用于在时间点t w输出报警通知的最小功率值，使得能够估计到该集成电路的不久的技术失效。在当前的例子中，该最小功率值Pmin与约90%的损坏程度相对应。
[0054]如图3所示，漏电流损耗功率1\由于电离辐射的损坏效应而随着时间增加。相反，可调节的附加电功率Ph降低，需要该附加电功率以便保持集成电路的预先给定的运行温度值。在当前的例子中，针对损坏程度DEG，确定随时间增加的百分比值，其中0%的值表示集成电路的初始状态或遭受电离辐射之前的状态。用100%的值来表示集成电路的寿命结束。
[0055]在图3中线性增加的漏电流损耗功率仅应示例地理解。实际的曲线比如可以在测量技术上、经验上或借助计算机辅助模拟模型来确定。
[0056]图4示出了根据本发明的具有集成电路的计算确定的损坏信息DEG以及报警通知WARN的输出的用于调节集成电路的温度T的温度调节回路的例子。
[0057]温度调节回路在此具有用于检测温度实际值TI的温度传感器21、用于将所检测的温度实际值TI与预先给定的温度理论值TS进行比较的比较器22或差分器、所确定的差值Δ作为偏差被输送给其的调节器23、以及最后具有用于调节附加电功率Ph的随后的调节元件24，使得集成电路具有电功率消耗，该电功率消耗足以保持集成电路内部的尤其是半导体芯片S的预先给定的运行温度值TS。该半导体芯片S通过所谓的接合线与集成电路的从芯片壳体引出的连接接触部相连接。在此由半导体芯片S通过芯片壳体向外输出的热功率在此基本上对应于该电功率消耗，也即最终在芯片内部转变为热的(总的)电损耗功率。
[0058]用附图标记25来表示第一功能块，在该功能块中根据所确定的漏电流损耗功率或根据所确定的所需的附加功率Ph来确定损坏程度的当前值作为损坏信息DEG并且将其输出。用附图标记26来表示第二功能块，在该功能块中当前确定的附加功率？11与最小功率值Pmin进行比较。然后输出报警通知WARN，以便通知集成电路的即将失效。
[0059]图5在功能上示出了根据本发明的在作为处理器辅助的集成电路51的微控制器中所集成的温度调节回路的例子以及具有温度调节程序TC-PRG的例子，该温度调节程序用于调节电功率消耗Pv以及用于确定并输出该微控制器51的损坏信息DEG。
[0060]通常，所示的集成电路51被设置用于在具有电离辐射的区域中运行，该集成电路具有温度调节电路的至少一部分，以用于将电路温度T调节提高到预先给定的基本恒定的运行温度值上。在此电路51的电功率消耗Pv被提高了可调节的附加电功率。另外，该集成电路具有输出该集成电路51的由对其作用的电离辐射所导致的损坏信息DEG的能力，其中该损坏信息DEG本身可以根据集成电路51中与辐射剂量有关的漏电流损耗功率匕的增加或者根 据附加功率Ph的相应下降来确定。
[0061]在本例子中，用IN、OUT来表不本身已知的信号输入和信号输出。根据本发明，温度调节回路的至少一部分作为可在微控制器51上执行的计算机程序TC-PRG来实现。用于温度调节的在微控制器上执行的计算机程序TC-PRG根据本发明具有合适的程序步骤，和/或其控制合适的损耗功率控制程序PV-PRG，以便对未进一步示出的微控制器的内部功能组件、如计时器、存储器、时钟发生器、硬件乘法器、DMA、看门狗、串行接口、比较装置、DAC以及模拟或数字输出端进行控制或暂时接通，使得能够调节所需电功率消耗匕以用于将微控制器51的温度调节到运行温度值TS上。
[0062]在图5的例子中，用M-PRG来表示主程序，其被执行用于实施微控制器51的真正的功能，比如用于控制和调节仪器或设备，或者比如在火灾报警器的情况下用于控制、测量值检测以及分析与之相连的探测单元，以及用于通过所连接的报警器总线来输出相应的警报通知。
[0063]另外，处理器辅助的电路具有模拟/数字变换器27，以用于检测由温度传感器21所输出的、与电路温度T相关联的电测量变量。相应的数字值通过处理器辅助电路51而被进一步处理以进行温度调节。用TI来表示温度实际值TI作为关联的电测量变量。
[0064]温度实际值TI在此由集成在微控制器41上的、以pn 二极管形式的温度传感器21作为电变量、比如作为测量电压来输出。如在图5中虚线所示，温度调节回路的部分也可以布置在微控制器51外部，如在此的外部温度传感器21。外部温度传感器21比如布置在微控制器51的外部，但在围绕该微控制器51的热隔离7的内部。用附图标记TI'来表示相应的另一温度实际值。另外，在热隔离7外部可以设置有环境温度传感器25以用于检测环境温度，该环境温度由该微控制器51来附加地检测，并在温度调节时被一同考虑。
[0065]图6示出了作为具有根据本发明的微控制器51的危险报警器I例子的、组合的烟雾气体/热报警器。
[0066]在所示图的上面部分中可以看到报警器底座11，其上可以可拆卸地固定有真正的危险报警器I。该报警器底座11典型地被设置用于简化该危险报警器I的安装。该报警器底座通常与其他报警器底座11相间隔地安装在要监控区域的天花板上。同时，该报警器底座11用于连接到线型或星型敷设的报警器总线，或者用于连接到相应的双线导线，如在图1和图2中所示。该线型报警器总线在此从一个报警器底座11接通至下一报警器底座11，其中双线导线的相应导线被电接触，并继续引导至所属的比如插座形式的报警器接触部14。该报警器接触部14被设置用于在危险报警器I在报警器底座11上固定的状态下与相应的比如插头接触部形式的相对接触部15相接触。该报警器底座11自然也可以是危险报警器I本身的组成部分。
[0067]在图6的下面部分中，可以看到根据本发明的危险报警器I的剖面图。用附图标记12来表示基体，用13来表示报警器壳体12、13的盖。在盖13中另外有开口 OF，要探测的烟雾、要探测的烟雾气体和/或要探测的加热空气可以通过所述开口到达相应的、内部的探测单元3。
[0068]在当前例子中涉及组合的烟雾气体/热报警器1，其具有烟雾气体探测单元31和以温感电阻形式的温度探测单元32。用附图标记9来表示对特定火灾气体敏感的气体传感器，比如气体FET。相应的探测信号然后通常通过电子分析单元、比如通过微控制器来分析。后者基于此生成所属的探测器状态，该探测器状态最后在报警器总线上被输出，诸如警报通知。
[0069]根据本发明，危险报警器I具有电器件6以及至少一个根据本发明的温度调节的集成电路51，其至少用于进一步处理相应的所探测的危险参量、用于输出报警信号、以及用于输出由作用的电离辐射所导致的至少一个集成电路51的损坏信息。该集成电路51在本例子中是以CMOS技术制造的微控制器，该集成电路可以替代地是微处理器、FPGA或ASIC。
[0070]预先给定的基本恒定的运行温度值处于70°C至由微控制器51的制造商所指定的最大运行温度值的范围中。微控制器52尤其针对扩大的温度范围或者针对高温范围来设计，比如针对军事应用。
[0071]微控制器51以及其他的电器件5、6在此被布置在电路载体4上，比如布置在电路板上。另外，所示的器件5、6与两个探测单元3相热去耦合。用附图标记5来表示其他的典型不抗辐射的半导体器件，用附图标记6来表示典型抗辐射的电器件。后者比如是无源器件，如电阻、线圈或电容器或电子构件、如具有范围内的半导体结构的半导体二极管或晶体管。
[0072]热隔离在本例子中通过相互之间的空间隔离来实现。附加地也可以存在构造或设置在基体壳体12或盖13中的、未进一步示出的隔板，该隔板将两个探测单元3与具有器件5、6的电路板4相热隔离。
[0073]在本例子中，器件5、6通过圆顶形的隔热半壳71而与环境相热隔离。由此将为了加热不抗辐射半导体器件5、51所需的空间减少到隔热半壳71的封闭的内部。
[0074]通过隔热封装或者通过热隔离，另外防止，要探测的烟雾被热偏转并且不再穿过入口 OF到达两个探测单元31、32。
[0075]另一优点是，通过该热隔离7使加热所需的通过报警器总线的电流需求最小化。为了达到并保持该热隔离7中所容纳器件5、6、51的预先给定的运行温度值通过根据本发明的微控制器51通过以下方式来实现，即为此所需的热功率通过可调的附加电功率来提供。在此通过该热隔离7还实现了，所有的器件5、6、51通过该热隔离7中的热平衡效应而具有基本相同的运行温度值。在该意义上，根据本发明的微控制器51还共同负责加热并保持其他器件5、6的运行温度。
[0076]图7示出了根据本发明的作为具有隔热封装的微控制器51的危险报警器例子的光学烟雾报警器I。与前述情况相比，该热隔离7由隔热半壳71和相对置的、仅通过电路载体4分隔的隔热板72来组成。由此与前述实施相比提高了相对于环境的隔热程度。在此用附图标记3来表示光学探测单元，其具有未进一步示出的根据散射光原理的光学测量室。
[0077]图8示出了根据本发明的作为线型烟雾报警器200来构造的危险报警器的例子，其具有偏转单元204和具有根据本发明的微控制器51的烟雾报警单元210。
[0078]在本例子中，典型地作为结构单元来实施的烟雾报警单元210与该偏转单元204相对置。根据本发明，该烟雾报警单元210具有探测单元203以用于探测至少一个危险参量。后者典型地是最小烟雾密度或最小烟雾颗粒密度。该探测单元203在其侧包括用于发射穿越测量段的光束LS的光发射器201以及用于在测量段末尾来接收所发射的光束LS的相邻布置的光接收器202。该光发射器201优选地发射强烈会聚的红外光，如借助IR激光器或IR发光二极管。该光接收器202对于要接收的光是灵敏的。该光接收器比如是IR光电二极管或IR光电晶体管。该偏转单元204在本情况中是偏转棱镜。该偏转单元可以替代地是反射镜或者回射器意义上的所谓的后向反射器。该偏转单元204在此被设置用于把由该光发射器201所发射的光束LS偏转返回到该光接收器202上。
[0079]在本例子中，该光束LS由离开光束HS和返回光束RS组成，其相互大致反平行地延伸。在此由光束LS所穿越的测量段在此按照分段由离开光束HS的长度和返回光束RS的长度组成，也即由该烟雾报警单元210与该偏转单元204之间间距的二倍组成。根据本发明，该线型烟雾报警器具有电器件6以及至少一个根据本发明的温度调节的集成电路51，其至少用于进一步处理相应的所探测的危险参量、用于输出报警信号SIG、以及用于输出由作用的电离辐射所导致的至少一个集成电路51的损坏信息DEG。
[0080]由此与现有技术相比，在具有增强放射性辐射部署的区域中，比如在核电厂中的核反应堆的所谓封锁区域中，可以更久地使用该线性烟雾报警器200。
[0081]该光发射器和该光接收器也可以替代地(在附图中未示出)相互空间分隔地布置。在这种情况下，也不需要偏转单元。于是该光发射器就布置在所示出的偏转单元的位置上，并对准相对置的光接收器。在这种情况下，在该光发射器与该光接收器之间的间距同时对应于该测量段。
[0082]附图标记列表1危险报警器、火灾报警器、线型烟雾报警器
2报警中心、危险报警中心、控制板
3探测单元、火灾探测单元、光学测量室
4电路载体、电路板
5半导体器件
6其他电器件
7热隔离、隔热单元
9气体传感器、气体FET
11报警器底座、端子板
12壳体基体
13壳体盖、壳体帽
14底座侧端子
15报警器侧端子
21温度传感器、pn 二极管
22比较器、差分器、减法器
23调节器
24调节元件
25第一计算块
26第二计算块
27模拟/数字变换器
28环境温度传感器
31气体传感器探测单元
32热探测单元、NTC51微控制器
71隔热半壳
72隔热板
100危险报警设备、火灾报警设备
200线型烟雾报警器(LRM)
201光发射器、激光器、激光二极管
202光接收器、光电二极管
203探测单元
204偏转单元、反射器、后向反射器210烟雾报警单元
ADR报警器地址
ADR1-ADR3选择地址
DEG损坏信息、损坏程度
HS离开光束
IN输入
LS光束M-PRG主程序
NUC具有增强放射性的区域、核区域
OF壳体开口
OUT输出
P0在开始时间点的附加功率值
Pe在结束时间点的附加功率值
Ph可调的附加电功率
Pl漏电流损耗功率
Pmin最小功率值
PV-PRG 损耗功率控制程序
Pv电功率消耗、电损耗功率
RS返回光束
S半导体芯片、裸芯片
SIG报警信号、警报通知、探测器状态
T运行温度
TI, TI'温度实际值
TS温度理论值
TU环境温度
to辐射部署的开始时间点
tE辐射部署的结束时间点
tw最小功率值
TC-PRG 温度调节程序
【主权项】
1.用于在具有电离辐射的区域(NUC)中运行的集成电路，其具有温度调节电路的至少一部分以用于通过以下方式将电路温度(T)调节提高到预先给定的、基本恒定的运行温度值(TS)上，即将所述电路的电功率消耗(Pv)提高了可调的附加电功率(PH)，并具有输出所述集成电路的由对其作用的电离辐射所导致的损坏信息(DEG)的能力，其中所述损坏信息(DEG)可以根据与辐射剂量有关的可调的附加电功率(Ph)的下降来确定。2.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述预先给定的、基本恒定的运行温度值(TS)处于70°C至所述集成电路制造商所指定的最大运行温度值的范围内，其中所述集成电路尤其是针对扩大的温度范围或针对高温范围来设计。3.根据权利要求1或2所述的集成电路，其中所述电路具有半导体芯片(S)和芯片壳体，并且其中在所述半导体芯片(S)上和/或在所述芯片壳体中应用至少一个电加热元件以用于加热所述集成电路。4.根据前述权利要求之一所述的集成电路，其中所述集成电路具有半导体芯片(S)，其中在所述半导体芯片(S)上集成有温度传感器(21)、尤其是pn 二极管，以用于检测电路温度(T)，并且其中所述温度传感器(21)是温度调节电路的部分。5.根据前述权利要求之一所述的集成电路，其中所述集成电路是尤其以CMOS技术来制造的微控制器、微处理器、FPGA或ASIC。6.根据权利要求5所述的集成电路，其中所述电路是处理器辅助电路，并且其中温度调节电路的至少一部分作为计算机程序(TC-PRG)来实现，所述计算机程序在所述集成的处理器辅助电路上被执行。7.根据权利要求6所述的集成电路，其中所述处理器辅助电路具有模拟/数字变换器(27)，以用于检测由所述温度传感器(21)输出的、与所述电路温度(T)相关的电测量变量，并且其中相应的数字值通过所述处理器辅助电路来进一步处理以用于温度调节。8.根据权利要求6或7所述的集成电路，其中所述集成的处理器辅助电路是微控制器，其中在所述微控制器上执行的用于温度调节的计算机程序(TC-PRG)具有合适的程序步骤和/或控制合适的损耗功率控制程序(PV-PRG)，以便对所述微控制器的内部功能组件、如计时器、存储器、时钟发生器、硬件乘法器、DMA、看门狗、串行接口、比较器、DAC以及模拟或数字输出端进行控制或暂时接通，使得能够调节所需电功率消耗(Pv)以用于将所述微控制器温度调节到所述运行温度值(TS)上。9.根据权利要求8所述的集成电路，其中通过所述温度调节程序(TC-PRG)来控制和/或接通所述内部功能组件，使得在所述半导体芯片(S)上所形成的损耗热量大面积地尽可能均匀地进行。10.根据前述权利要求6至9之一所述的集成电路，其中所述温度调节程序(TC-PRG)具有合适的程序步骤， -以便确定为了将所述集成电路的温度调节到所述运行温度值(TS)上所需的附加电功率(Ph)，以及 -以便根据所述附加电功率(Ph)的下降来确定并输出所述集成电路的损坏信息(DEG)，和/或 -以便在所需的附加功率(Ph)低于预先给定的最小值(Pmin)时，输出报警通知(WARN)。11.根据前述权利要求之一所述的集成电路，其附加地进行隔热封装。12.用于在具有电离辐射的区域(NUC)中运行的危险报警器、尤其是火灾报警器，其中所述危险报警器具有: -至少一个探测单元(3，203)，以用于探测至少一个危险参量，和 -电器件(6)以及根据前述权利要求之一所述的至少一个温度调节的集成电路(51)，其至少用于进一步处理相应的所探测的危险参量、输出报警信号(SIG)以及输出由作用的电离辐射所导致的至少一个集成电路(51)的损坏信息(DEG)。13.根据权利要求12所述的作为线型烟雾报警器(200)来构造的危险报警器(1)，其具有至少一个烟雾报警单元(210)以及必要时具有至少一个光偏转单元(204)，其中所述烟雾报警单元(210)具有探测单元(203)，所述探测单元具有用于发射穿越测量段的光束(LS)的光发射器(201)并具有用于在测量段末尾接收所发射的光束(LS)的光接收器(202)，以便探测至少一个危险参量，其中所述至少一个偏转单元(204)被设置用于将由所述光发射器(201)所发射的光束(LS)偏转返回到所述光接收器(202)，并且其中所述线型烟雾报警器(200)具有电器件(6)以及根据前述权利要求1至12之一所述的至少一个温度调节的集成电路(51)，其至少用于进一步处理相应的所探测的危险参量、输出报警信号(SIG)、以及输出由作用的电离辐射所导致的至少一个集成电路(51)的损坏信息(DEG)。14.根据权利要求12或13所述的危险报警器，其中如果相应的附加电功率(Ph)低于预先给定的最小值(PMIN)，那么所述报警通知(WARN)就可以通过所述至少一个集成电路(51)输出到在信号技术或数据技术上与所述危险报警器相连的危险报警中心。15.用于确定集成电路(51)的由对其作用的电离辐射所导致的损坏信息(DEG)的方法， -其中所述电路温度(T)被调节提高到预先给定的、基本恒定的运行温度值(TS)上，以便通过随电路温度(T)增高而增大的空穴复合速率来至少部分地补偿在所述集成电路(51)的半导体芯片(S)中由电离辐射所引起的提高的空穴导电性， -其中为了提高所述电路温度(T)，所述集成电路的电功率消耗(Pv)被提高了可调的附加电功率(Ph)，以及 -其中根据所需的附加电功率(Ph)的下降来确定所述集成电路(51)的损坏信息(DEG)，并然后将其输出。
【专利摘要】本发明涉及用于在具有电离辐射的区域（NUC）中运行的集成电路（51），尤其是微控制器，其具有至少一部分温度调节电路以用于通过以下方式将电路温度（T）调节提高到预先给定的、基本恒定的运行温度值（TS）上，即把该电路的电功率消耗（PV）提高了可调的附加电功率（PH）。该电路具有输出对其作用的电离辐射所导致的该集成电路的损坏信息（DEG）的能力，其中该损坏信息可以根据与辐射剂量有关的该可调附加电功率的下降来确定。
【IPC分类】G08B29/00, H01L23/24
【公开号】CN104903943
【申请号】CN201380053023
【发明人】H.埃贝佐尔德
【申请人】西门子瑞士有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年10月9日
【公告号】EP2907117A1, US9030328, US20140097958, WO2014056976A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在具有电离辐射的区域中运行的集成电路、尤其是微控制器。
[0002]本发明另外还涉及一种用于在具有电离辐射的区域中、尤其是在核区域中运行的危险报警器。该危险报警器具有至少一个用于探测至少一个危险参量的探测单元、用于输出报警信号的至少一个集成电路以及其他电气器件。
[0003]最后本发明涉及一种用于确定由作用在集成电路上的电离辐射所造成的集成电路的损坏信息的方法。
【背景技术】
[0004]也被简称为IC (Integrated Circuit)的集成电路是在半导体衬底或在半导体芯片上所设置的电子电路。因此其也被称作固体电路或单片电路。这种集成电路典型地具有多个相互连接的电子器件。用于制造该集成电路的半导体材料优选地是硅。也可以替代地是锗、砷化镓、碳化硅或其他合适的半导体材料。优选地，为了在技术上实现集成电路的的半导体器件而采用了 CMOS半导体工艺(CMOS表示互补金属氧化物半导体)。也可以替代地采用PMOS或NMOS半导体工艺、双极半导体工艺或其组合，比如BiCMOS半导体工艺。
[0005]危险报警器比如是火灾报警器，比如光学烟雾报警器或热报警器。光学烟雾报警器比如可以基于散射光原理或基于声光原理。如果该危险报警器是热报警器，那么就比如借助依赖于温度的电阻来检测当前存在于该热报警器的环境中的温度。所考虑的危险报警器也可以是烟雾气体报警器，其具有气体传感器来作为探测单元，比如气体FET (FET表示场效应晶体管)。另外，该危险报警器也可以是移动报警器，其具有用于移动探测的PIR探测单元(PIR表示被动红外)。所考虑的危险报警器也可以具有前述探测单元的组合。
[0006]危险报警器也可以作为线型烟雾报警器来构造，其基于消光原理。这种线型烟雾报警器尤其用在大或窄的空间中，比如在走廊、仓库和生产厂房以及飞机库中，并安装在天花板下的墙壁上。在第一实施方式中，发射器和接收器相对着布置，并且不需要反射器。在第二实施方式中，由发射器所发射的光束通过反射器被偏转返回到接收器。发射器和接收器彼此相邻地布置。这种线型烟雾报警器的测量段典型地处于20m至200m的范围内，其在第一实施方式的情况下对应于在发射器与接收器之间的与测量段相对应的距离。在第二实施方式的情况下，在发射器/接收器与反射器之间的距离对应于测量段的一半。
[0007]用电离辐射来表示具有5eV和更高电离能量的粒子辐射或电磁辐射，其能够把电子从原子或分子中撞击出来，使得留下带正电荷的离子或分子残留。
[0008]一些电离辐射来自于放射性物质，比如在具有增大的、尤其具有高放射性辐射的区域中。这种区域比如可能是核区域或太空。核区域尤其表示比如在核电厂内的、放射性废料的核技术再加工设备或最终或临时仓库中的空间隔离区域。
[0009]电离或放射性辐射通常对电子构件、并尤其是对半导体器件具有破坏性的有害影响。这种器件具有小于I ym、尤其小于10nm的非常精细的半导体结构。所有类型的高能电离辐射在此都与半导体晶体进行相互作用。阿尔法和贝塔辐射作为粒子辐射已经可以通过几毫米厚的材料厚度而被屏蔽，比如通过壳体铁板或塑料壳体，而仅利用高的材料耗费才能够实现对电磁伽马辐射的有效屏蔽。按照屏蔽要求，可能需要一米以及更大屏蔽厚度的铅屏蔽。即使对阿尔法和贝塔辐射的屏蔽可以相对简单地来实现，但伽马辐射对半导体器件的屏蔽或壳体的作用仍然导致在小范围内也产生次级阿尔法粒子和贝塔粒子，其在此方面与半导体晶体进行相互作用。通过这种入射的粒子与晶格原子的相互作用，晶格原子可能从该晶格束缚中释放出来，并产生缺陷点。自由的原子如果具有足够传输的冲击能量，那么其能够撞击出其他的原子，或者运动到晶格间隙位置中。形成了所谓的空位-晶格间隙原子复合体。
[0010]起作用的辐射的一种重要影响是产生晶体缺陷，其在禁带中产生附加的能量状态，并因此产生复合中心。在具有提高的复杂度的半导体微结构中，比如在微控制器、微处理器、ASIC或FPGA中，这种效应加速出现。但相反几乎不涉及电阻或电容器。
[0011]由于该原因，优选地使用鲁棒的分立的半导体器件、如晶体管或二极管，以便对电路中的电参数的加速退化加以考虑，尤其大多数抗辐射的、较老的集成半导体构件、比如1C、逻辑门等，其具有大于I ym的结构尺寸，并由于广泛发展的小型化而在半导体市场上几乎不能获得。
[0012]通过采用分立的半导体器件，因此可以实现诸如3年的、与诸如核电厂中的相关要求相对应的最短寿命。这种要求比如可以是，火灾报警器必须在3年的时间段内“经受住”0.25Gy的福射剂量或能量剂量。在此用Gy (表示Gray，=10rad)来表示所吸收的能量剂量D的SI单位。与时间有关的所吸收的能量剂量在此被称作剂量率或剂量功率。
[0013]放射性辐射对电子半导体构件的影响、尤其是与之相关联的对这种半导体部件的时间累积的或时间瞬时的损害的详细描述在波鸿鲁尔大学电子技术系1990年DetlefBrumbi 的博士论文“Bauelemente-Degradat1n durch rad1active Strahlung und derenKonsequenzen fuer und Entwurf strahlenresistenter elektronischer Schaltungen(放射性辐射导致的器件退化以及其对于防辐射电子电路设计的影响)”中有描述。
[0014]在2009年6月6日的美国加利福尼亚帕萨迪娜的加利福尼亚理工学院(CIT)的喷气推进实验室(JPL)的出版物 JPL D-33339 题目为“Test Method for Enhanced Low DoseRate Damage (ELDRS) Effects in Integrated Circuits for Outer Planetary Miss1n(用于外行星任务的集成电路中的增强低剂量率损害(ELDRS)效应的测试方法)”中，关于计划的欧洲木星轨道器(JEO)任务，借助一种二级加速测试方法而对不同的集成电路、如双极技术和BiCMOS技术的电压调节器、运算放大器和比较装置关于其辐射敏感性进行研宄。为了加快测试，而使用了与在任务期间所期待的真实剂量率相比更高的剂量率。具有直至100krad (Si)的对于整个任务所期待的累加的辐射剂量的实际测试相反在很多时候都被纳入考虑范围，并因此是不切实际的。在所推荐的ELDRS测试中，电路首先以最大1mrad(Si)的小的剂量率被辐射，直至30至50krad的辐射剂量。接着，电路以40 mrad(Si)的剂量率被辐射，直至达到所要求的总辐射剂量。
[0015]在该出版物的附录I中还公开，在辐射测试期间除了提高剂量率之外还可以提高电路的温度，以便通过由热所决定的反作用的复合速率来补偿由辐射所决定的所引起的空位的形成速率的提高。还公开的是，如果电路温度选择得太高(“如果温度太高，那么损害可能实际上被退火，如在Motorola LM324的第二附图中所示”)，如在图10和11的例子中为135°C，那么电路的真正要确定的损害通过该“退火效应”而以不希望的方式再次消失。
【发明内容】
[0016]基于前述的现有技术，本发明的任务是说明一种集成电路，其在具有电离辐射的区域中(常规)运行时具有延长的寿命。
[0017]本发明的另一任务是，说明一种改进的危险报警器，用于在具有电离辐射的(常规)区域中应用。
[0018]最后，本发明的任务是说明一种尤其简单的方法，该方法允许确定集成电路的损坏信息，该集成电路遭受产生作用的电离辐射。
[0019]所述任务通过独立专利权利要求的主题来解决。本发明的有利的实施方式在从属权利要求中被描述。
[0020]根据本发明，该集成电路具有温度调节电路的至少一部分，以用于将电路温度调节提高到预先给定的、基本恒定的运行温度值上。对此，该电路的电功率消耗被提高了可调节的附加电功率。另外，该电路具有输出对其作用的电离辐射所导致的该集成电路的损坏信息的能力，其中该损坏信息可以根据与辐射剂量相关的所述可调节的附加电功率的下降来确定。“根据与辐射剂量有关的所述可调节的附加电功率的下降”意思是所述可调节的附加电功率的与该集成电路的所吸收的辐射剂量相关的下降。所吸收的辐射剂量也被简称为TID，其表不 “Total Irradiated Dose，总福射剂量”或 “Total 1nizing Dose，总电离剂量”。其物理单位为“rad”或“Gy”(表示Gray=10 rad)。代替专业术语“辐射剂量”，还可以采用术语“能量剂量”。
[0021]所需可调节的附加电功率的与辐射剂量相关的下降的原因是在集成电路中的漏电流损耗功率的与辐射剂量相关的增加。
[0022]本发明所基于的知识是，随着与辐射剂量或能量剂量相关的漏电流损耗功率的增加，该漏电流损耗功率在此方面对该集成电路加热，现在为了将该集成电路加热到预先给定的运行温度所需的可调节的附加功率或附加的加热功率可以相应被降低。漏电流损耗功率的该增加或者所需附加功率的下降于是就是该集成电路与辐射剂量相关的损坏的计量单位。
[0023]可调节的附加电功率的下降因此是长期趋势，该长期趋势在通常不变的、基本相同的外部边界条件下、比如相同的环境温度和集成电路的相同的电损耗功率，除去用于对该集成电路进行附加的加热的可调的附加电功率之外，而出现。其因此是集成电路针对其常规应用、比如在烟雾报警器中监控运行所检测和要处理的火灾参量时所需的单纯的电损耗功率。
[0024]通过所确定的损坏信息，可以有利地确定该集成电路的寿命结束或还剩余的剩余运行时间。该损坏信息比如可以是损坏程度，比如百分比值或数值。在百分比值的情况下，0%的值表示集成电路的初始状态，100%的值表示失效状态。0%的值比如可以对应于初始状态中的漏电流损耗功率值，100%的值对应于在该集成电路失效时的漏电流损耗功率值。之间的百分比值可以由当前漏电流损耗功率值与失效状态下漏电流损耗功率值和初始状态下漏电流损耗功率值之间的差的比值来导出。漏电流损耗功率值也可以在测量技术上在针对相应集成电路进行类型或样本检查的范围内凭经验地或基于计算机辅助模拟模型来确定。
[0025]损坏信息也可以是损坏通知，其作为信号、文本、数据字或作为二进制信息、比如无损/有损地而被输出。
[0026]另一优点是，可以放弃用于检测电离辐射的辐射传感器。
[0027]漏电流损耗功率的增加比如可以通过在电路中所集成的电流测量传感器来确定。优选地通过分析芯片内部功能组件接通的接通时间和断开时间来进行所述确定，所述功能组件不一定或者不经常是该集成电路的按规定的运行所需的。功能组件比如可以是A/D变换器或D/A变换器，所述变换器不是所需要的，但在接通之后就产生热损耗功率。如果比如该接通时间与断开时间之比作为该集成电路加热调节的调节变量而随着该集成电路在电离环境中的运行时间而下降，那么这种下降就与该集成电路的辐射所决定的损坏相关联。
[0028]比如可以通过该集成电路的至少一个引脚来输出该损坏信息，比如作为模拟电压值、以数字编码形式通过多个引脚或作为串行数据比特序列通过一个引脚来输出。其也可以替代地以光学途径、比如通过在电路中所集成的发光二极管或者无线地借助在该电路中所集成的无线接口来输出。
[0029]根据一个实施方式，预先给定的、基本恒定的运行温度值处于70°C至由集成电路的制造商所指定的最大运行温度值之间的范围中。集成电路在此尤其针对扩大的温度范围或针对高温范围来设计。最大的指定的运行温度值比如为90、100、110或120°C。其也可以处于更高的温度值，比如150°C。
[0030]根据另一实施方式，电路具有半导体芯片和芯片壳体。在也被称作衬底的半导体芯片上应用了至少一个电加热元件，以用于加热该集成电路。替代地或附加地可以在芯片壳体中应用至少一个电加热元件。该电加热元件优选地是可控的半导体器件，比如其损耗功率可调的双极晶体管或FET、或者欧姆电阻、比如SMD电阻。可以平面分布地在半导体芯片上或者在芯片壳体中应用多个这种电阻。
[0031]根据一个优选的实施方式，集成电路具有半导体芯片，在该半导体芯片上集成有温度传感器，尤其是Pn 二极管，以用于检测电路温度。该温度传感器在此是该温度调节电路的部分。由此精确以及快速的芯片内部温度检测是可以的。不需要该集成电路外部的接线。
[0032]该集成电路尤其是以CMOS技术来制造的微控制器、微处理器、FPGA或ASIC。
[0033]根据另一实施方式，该集成电路是一种处理器辅助电路。温度调节电路的至少一部分作为计算机程序来实现，该计算机程序在该集成的处理器辅助的电路上来执行。由此能够以简单的方式来实施温度调节。
[0034]优选地，该处理器辅助电路具有模/数变换器，以用于检测由该温度传感器所输出的、与该电路温度相关的电测量变量。通过该处理器辅助电路来进一步处理相应的数字值以进行温度调节。该测量变量比如可以是在该温度传感器上所施加的测量电压或者流过该温度传感器的测量电流，其随着温度的上升而上升或替代地下降。
[0035]优选地，该集成的处理器辅助电路是微控制器。在该微控制器上所执行的用于温度调节的计算机程序具有合适的程序步骤，和/或其控制合适的损耗功率控制程序，以便控制或暂时接通该微控制器的内部功能组件，使得能够将为了调节微控制器的温度所需的电功率消耗调节到运行温度值。功能组件比如是计时器、存储器、时钟发生器、硬件乘法器、DMA (表示直接存储器存取)、看门狗、串行接口、比较装置、DAC (表示数/模变换器)、ADC (表示模/数变换器)、以及模拟或数字输出端。
[0036]模拟或数字输出端比如可以与外部欧姆电阻、比如与SMD电阻相连接，该电阻在功率匹配意义上来确定大小，使得在芯片内部以热的形式来产生最大损耗功率。所述可调节的附加功率比如也可以通过存储拷贝动作或者通过执行数学函数在提高CPU或处理器负荷的意义上而被提高。替代地或附加地可以提高处理器或微控制器的时钟速率。
[0037]另外，优选地，通过温度调节程序来控制和/或接通内部功能组件，使得大面积地尽可能均匀地在半导体芯片上产生损耗热量。
[0038]对此，在该集成电路上相应的所接通的功能组件的热局部影响可以借助热成像相机来确定。于是就可以在测量技术上来确定每个功能组件的位置以及在那里所产生的损耗功率。通过对功能组件的合适的叠加的控制，因此可以为可调的附加电功率的当前所需的功率值来构建功能组件的接通和断开曲线。所述曲线于是就可以以合适的程序步骤的形式在温度调节程序中来描述。
[0039]根据一个实施方式，温度调节程序具有合适的程序步骤，以便确定用于将集成电路的温度调节到运行温度值所需的可调附加电功率。其另外还具有程序步骤，以便根据漏电流损耗功率上升或根据附加电功率的相应下降来确定并输出该集成电路的损坏信息。替代地或附加地，该温度调节程序具有程序步骤，以便当漏电流损耗功率超过预先给定的最大值，或者当所需的附加功率低于预先给定的最小值时，输出报警通知。
[0040]根据一个尤其有利的实施方式，集成电路附加地隔热地封装。热隔离比如可以作为由绝热材料构成的封装来实现，其中容纳了集成电路以及必要时其他的电器件。如果集成电路应用在电路载体上，那么该热隔离就可以作为由绝热材料构成的半壳来实现，其从安装侧起包围集成电路。作为绝热材料，针对所设置的运行温度范围考虑耐高温塑料，比如以硬质泡沫塑料板形式的聚氨酯。其也可以是发泡的合成橡胶，其基于氯丁橡胶、EPDM (表示三元乙丙橡胶)或类似的橡胶基材。另外，其比如还可以由泡沫玻璃来构成。前述的材料必须直到所选择的最大运行温度都是稳定的。
[0041]替代地或附加地，所述热隔离可以是根据保温瓶原理的真空隔离。在这种情况下，该集成电路可以被容纳在尽可能抽真空的、比如由金属构成的封装中。该封装也可以实施为双层的，其中于是在双层之间的区域尽可能被抽真空，或者利用隔热气体，比如惰性气体来填充。电引线于是相应气密地从该封装中被引出。
[0042]本发明的任务另外利用危险报警器、尤其是利用火灾报警器来解决，该危险报警器具有至少一个探测单元以用于探测至少一个危险参量，另外还具有电器件以及至少一个根据本发明的温度调节的集成电路。该集成电路至少被设置用于进一步处理相应的所探测的危险参量、输出报警信号以及输出由产生作用的电离辐射所造成的至少一个集成电路的损坏信息。
[0043]该危险报警器也可以作为线型烟雾报警器来构造。这种报警器具有烟雾报警单元并且必要时具有至少一个光偏转单元。该烟雾报警单元包括探测单元，该探测单元在其侧具有用于发射穿越测量段的光束的光发射器以及用于在测量段末尾来接收所发射的光束的光接收器，以便探测至少一个危险参量。 所述至少一个偏转单元被设置用于把由该光发射器所发射的光束偏转返回到该光接收器。该线型烟雾报警器具有电器件以及至少一个根据本发明的温度调节的集成电路。后者至少用于进一步处理相应的所探测的危险参量、用于输出报警信号、以及用于输出由产生作用的电离辐射所导致的至少一个集成电路的损坏信息。
[0044]根据一个实施方式，如果相应的漏电流损耗功率超过预先给定的最大值，或者如果相应的附加电功率低于预先给定的最小值，那么该报警通知可以通过所述至少一个集成电路而被输出到在信号技术或数据技术上与该危险报警器相连的危险报警中心。
[0045]最后，本发明的任务还通过与根据本发明的集成电路相对应的方法来解决，该方法被设置用于确定集成电路的由对其产生作用的电离辐射所造成的损坏信息。在此，该电路温度被调节提高到预先给定的、基本恒定的运行温度值上，以便通过随电路温度增高而增大的空穴复合速率来至少部分地补偿在该集成电路的半导体芯片中由电离辐射所引起的提高的空穴导电性。为了提高电路温度，集成电路的功率消耗被提高了可调的附加电功率。根据在电路中与辐射剂量有关的漏电流损耗功率的增加，或者根据所需的附加电功率的相应下降来确定集成电路的损坏信息，并然后将其输出。
【附图说明】
[0046]本发明以及本发明的有利的实施以下文的附图为例来进行解释。其中:
图1示出了一种危险报警设备的例子，该危险报警设备具有报警中心并具有位于核区域中的三个危险报警器，所述危险报警器分别通过双线导线连接到该报警中心，
图2示出了另一危险报警设备的例子，该危险探测设备具有报警中心并具有位于核区域中的三个可寻址的危险报警器，所述危险报警器通过共同的双线导线连接到该报警中心，
图3示出了根据本发明的在集成电路中与辐射剂量相关的漏电流损耗功率的示例增加的图示、以及由此导出的该集成电路的损坏程度，
图4示出了根据本发明的具有集成电路的计算确定的损坏信息以及报警通知的输出的用于调节集成电路的温度的温度调节回路的例子，
图5在功能上示出了根据本发明的在作为集成电路的微控制器中所集成的温度调节回路的例子以及具有温度调节程序的例子，该温度调节程序用于调节电功率消耗以及用于确定并输出微控制器的损坏信息，
图6示出了作为具有根据本发明的微控制器的危险报警器的例子的组合的烟雾气体/热报警器，
图7示出了根据本发明的一个光学烟雾报警器作为具有隔热封装的微控制器的危险报警器的例子，以及
图8示出了根据本发明的作为线型烟雾报警器来构造的危险报警器的例子，该危险报警器具有偏转单元以及烟雾报警单元，该烟雾报警单元具有根据本发明的微控制器。
【具体实施方式】
[0047]图1示出了危险报警设备100的例子，其具有报警中心2并具有三个位于核区域NUC中、分别通过本身已知的双线导线连接到该报警中心2的危险报警器I。
[0048]核区域NUC通过代表放射性辐射、即电离辐射的三个符号来表示。所示的危险报警器I比如可以是光学烟雾报警器，其具有根据散射原理来探测烟雾颗粒的光学探测单元。通常，该探测单元被设置用于探测至少一个危险参量或火灾参量。该危险报警器可以替代地作为热报警器而具有温度探测单元、比如温度传感器，以用于火灾探测。另外，危险报警器可以作为烟雾气体报警器而具有气体传感器，以用于探测火灾典型的烟雾气体。因为危险报警器I成点状分布布置在要监控的区域中，所以其也可以被称作点报警器。
[0049]另外，报警中心2被布置在核区域NUC外部。对于至少主要仅连接火灾报警器I并尤其是仅连接烟雾报警器I的情况，报警中心也可以被称作火灾报警中心。因为报警中心2原则上不被设置用于在核区域NUC中运行，所以其典型地具有仅工业适用的半导体器件。用SIG来表示分别由所连接的危险报警器I所输出的报警或探测信号SIG，其表明了危险报警器的状态。报警信号SIG比如可以是第一或第二警报级别、就绪通知、错误通知或编码的探测电平。这种报警信号SIG的可能状态通常以已知的方式经过电流调制而从所连接的危险报警器I传输到报警中心2。相应的报警信号SIG最后由报警中心2来检测，其然后必要时比如向消防部门输出警报通知。
[0050]图2示出了另一危险报警设备100的例子，其具有报警中心2并具有位于核区域NUC中的通过共同的双线导线连接到该报警中心2的三个可寻址的危险报警器I。
[0051]用ADR1-ADR3来表示相应的选择地址，其在所示的危险报警器I中优选地已经手动来设定。用ADR来表示由该报警中心2所输出的报警器地址。如果ADR与选择地址ADR1-ADR3之一相一致，那么就寻址相应的危险报警器I。再次用SIG来表示由被寻址的危险报警器I所输出的报警信号，来作为对已进行的有效寻址的响应。
[0052]在图1以及在图2中的危险报警器I的供电优选地通过未进一步表示的双线导线由该报警中心2来进行。该双线导线也可以被称作报警器总线。
[0053]图3示出了根据本发明的在集成电路中与辐射剂量或能量剂量相关的漏电流损耗功率匕的示例增加的图示，以及由此导出的该集成电路以损坏程度形式的损坏信息DEG。用表示该集成电路的总的电功率消耗，其比如被假定为恒定的。考虑求平均，这比如在烟雾报警器中也是该情况。用h来表示以下时间点，从该时间点起电路在核区域中以比如恒定的剂量功率来遭受持续电离辐射、比如放射性辐射。该时间点h因此也可以被称作开始福射部署(Strahlendisposit1n)的开始时间点。用1^来表示所期待的寿命结束的时间点，即该集成电路技术失效的时间点，用Ρ#ΡΕ来表示相应的所属的附加电功率值，并用Pmin来表示用于在时间点t w输出报警通知的最小功率值，使得能够估计到该集成电路的不久的技术失效。在当前的例子中，该最小功率值Pmin与约90%的损坏程度相对应。
[0054]如图3所示，漏电流损耗功率1\由于电离辐射的损坏效应而随着时间增加。相反，可调节的附加电功率Ph降低，需要该附加电功率以便保持集成电路的预先给定的运行温度值。在当前的例子中，针对损坏程度DEG，确定随时间增加的百分比值，其中0%的值表示集成电路的初始状态或遭受电离辐射之前的状态。用100%的值来表示集成电路的寿命结束。
[0055]在图3中线性增加的漏电流损耗功率仅应示例地理解。实际的曲线比如可以在测量技术上、经验上或借助计算机辅助模拟模型来确定。
[0056]图4示出了根据本发明的具有集成电路的计算确定的损坏信息DEG以及报警通知WARN的输出的用于调节集成电路的温度T的温度调节回路的例子。
[0057]温度调节回路在此具有用于检测温度实际值TI的温度传感器21、用于将所检测的温度实际值TI与预先给定的温度理论值TS进行比较的比较器22或差分器、所确定的差值Δ作为偏差被输送给其的调节器23、以及最后具有用于调节附加电功率Ph的随后的调节元件24，使得集成电路具有电功率消耗，该电功率消耗足以保持集成电路内部的尤其是半导体芯片S的预先给定的运行温度值TS。该半导体芯片S通过所谓的接合线与集成电路的从芯片壳体引出的连接接触部相连接。在此由半导体芯片S通过芯片壳体向外输出的热功率在此基本上对应于该电功率消耗，也即最终在芯片内部转变为热的(总的)电损耗功率。
[0058]用附图标记25来表示第一功能块，在该功能块中根据所确定的漏电流损耗功率或根据所确定的所需的附加功率Ph来确定损坏程度的当前值作为损坏信息DEG并且将其输出。用附图标记26来表示第二功能块，在该功能块中当前确定的附加功率？11与最小功率值Pmin进行比较。然后输出报警通知WARN，以便通知集成电路的即将失效。
[0059]图5在功能上示出了根据本发明的在作为处理器辅助的集成电路51的微控制器中所集成的温度调节回路的例子以及具有温度调节程序TC-PRG的例子，该温度调节程序用于调节电功率消耗Pv以及用于确定并输出该微控制器51的损坏信息DEG。
[0060]通常，所示的集成电路51被设置用于在具有电离辐射的区域中运行，该集成电路具有温度调节电路的至少一部分，以用于将电路温度T调节提高到预先给定的基本恒定的运行温度值上。在此电路51的电功率消耗Pv被提高了可调节的附加电功率。另外，该集成电路具有输出该集成电路51的由对其作用的电离辐射所导致的损坏信息DEG的能力，其中该损坏信息DEG本身可以根据集成电路51中与辐射剂量有关的漏电流损耗功率匕的增加或者根 据附加功率Ph的相应下降来确定。
[0061]在本例子中，用IN、OUT来表不本身已知的信号输入和信号输出。根据本发明，温度调节回路的至少一部分作为可在微控制器51上执行的计算机程序TC-PRG来实现。用于温度调节的在微控制器上执行的计算机程序TC-PRG根据本发明具有合适的程序步骤，和/或其控制合适的损耗功率控制程序PV-PRG，以便对未进一步示出的微控制器的内部功能组件、如计时器、存储器、时钟发生器、硬件乘法器、DMA、看门狗、串行接口、比较装置、DAC以及模拟或数字输出端进行控制或暂时接通，使得能够调节所需电功率消耗匕以用于将微控制器51的温度调节到运行温度值TS上。
[0062]在图5的例子中，用M-PRG来表示主程序，其被执行用于实施微控制器51的真正的功能，比如用于控制和调节仪器或设备，或者比如在火灾报警器的情况下用于控制、测量值检测以及分析与之相连的探测单元，以及用于通过所连接的报警器总线来输出相应的警报通知。
[0063]另外，处理器辅助的电路具有模拟/数字变换器27，以用于检测由温度传感器21所输出的、与电路温度T相关联的电测量变量。相应的数字值通过处理器辅助电路51而被进一步处理以进行温度调节。用TI来表示温度实际值TI作为关联的电测量变量。
[0064]温度实际值TI在此由集成在微控制器41上的、以pn 二极管形式的温度传感器21作为电变量、比如作为测量电压来输出。如在图5中虚线所示，温度调节回路的部分也可以布置在微控制器51外部，如在此的外部温度传感器21。外部温度传感器21比如布置在微控制器51的外部，但在围绕该微控制器51的热隔离7的内部。用附图标记TI'来表示相应的另一温度实际值。另外，在热隔离7外部可以设置有环境温度传感器25以用于检测环境温度，该环境温度由该微控制器51来附加地检测，并在温度调节时被一同考虑。
[0065]图6示出了作为具有根据本发明的微控制器51的危险报警器I例子的、组合的烟雾气体/热报警器。
[0066]在所示图的上面部分中可以看到报警器底座11，其上可以可拆卸地固定有真正的危险报警器I。该报警器底座11典型地被设置用于简化该危险报警器I的安装。该报警器底座通常与其他报警器底座11相间隔地安装在要监控区域的天花板上。同时，该报警器底座11用于连接到线型或星型敷设的报警器总线，或者用于连接到相应的双线导线，如在图1和图2中所示。该线型报警器总线在此从一个报警器底座11接通至下一报警器底座11，其中双线导线的相应导线被电接触，并继续引导至所属的比如插座形式的报警器接触部14。该报警器接触部14被设置用于在危险报警器I在报警器底座11上固定的状态下与相应的比如插头接触部形式的相对接触部15相接触。该报警器底座11自然也可以是危险报警器I本身的组成部分。
[0067]在图6的下面部分中，可以看到根据本发明的危险报警器I的剖面图。用附图标记12来表示基体，用13来表示报警器壳体12、13的盖。在盖13中另外有开口 OF，要探测的烟雾、要探测的烟雾气体和/或要探测的加热空气可以通过所述开口到达相应的、内部的探测单元3。
[0068]在当前例子中涉及组合的烟雾气体/热报警器1，其具有烟雾气体探测单元31和以温感电阻形式的温度探测单元32。用附图标记9来表示对特定火灾气体敏感的气体传感器，比如气体FET。相应的探测信号然后通常通过电子分析单元、比如通过微控制器来分析。后者基于此生成所属的探测器状态，该探测器状态最后在报警器总线上被输出，诸如警报通知。
[0069]根据本发明，危险报警器I具有电器件6以及至少一个根据本发明的温度调节的集成电路51，其至少用于进一步处理相应的所探测的危险参量、用于输出报警信号、以及用于输出由作用的电离辐射所导致的至少一个集成电路51的损坏信息。该集成电路51在本例子中是以CMOS技术制造的微控制器，该集成电路可以替代地是微处理器、FPGA或ASIC。
[0070]预先给定的基本恒定的运行温度值处于70°C至由微控制器51的制造商所指定的最大运行温度值的范围中。微控制器52尤其针对扩大的温度范围或者针对高温范围来设计，比如针对军事应用。
[0071]微控制器51以及其他的电器件5、6在此被布置在电路载体4上，比如布置在电路板上。另外，所示的器件5、6与两个探测单元3相热去耦合。用附图标记5来表示其他的典型不抗辐射的半导体器件，用附图标记6来表示典型抗辐射的电器件。后者比如是无源器件，如电阻、线圈或电容器或电子构件、如具有范围内的半导体结构的半导体二极管或晶体管。
[0072]热隔离在本例子中通过相互之间的空间隔离来实现。附加地也可以存在构造或设置在基体壳体12或盖13中的、未进一步示出的隔板，该隔板将两个探测单元3与具有器件5、6的电路板4相热隔离。
[0073]在本例子中，器件5、6通过圆顶形的隔热半壳71而与环境相热隔离。由此将为了加热不抗辐射半导体器件5、51所需的空间减少到隔热半壳71的封闭的内部。
[0074]通过隔热封装或者通过热隔离，另外防止，要探测的烟雾被热偏转并且不再穿过入口 OF到达两个探测单元31、32。
[0075]另一优点是，通过该热隔离7使加热所需的通过报警器总线的电流需求最小化。为了达到并保持该热隔离7中所容纳器件5、6、51的预先给定的运行温度值通过根据本发明的微控制器51通过以下方式来实现，即为此所需的热功率通过可调的附加电功率来提供。在此通过该热隔离7还实现了，所有的器件5、6、51通过该热隔离7中的热平衡效应而具有基本相同的运行温度值。在该意义上，根据本发明的微控制器51还共同负责加热并保持其他器件5、6的运行温度。
[0076]图7示出了根据本发明的作为具有隔热封装的微控制器51的危险报警器例子的光学烟雾报警器I。与前述情况相比，该热隔离7由隔热半壳71和相对置的、仅通过电路载体4分隔的隔热板72来组成。由此与前述实施相比提高了相对于环境的隔热程度。在此用附图标记3来表示光学探测单元，其具有未进一步示出的根据散射光原理的光学测量室。
[0077]图8示出了根据本发明的作为线型烟雾报警器200来构造的危险报警器的例子，其具有偏转单元204和具有根据本发明的微控制器51的烟雾报警单元210。
[0078]在本例子中，典型地作为结构单元来实施的烟雾报警单元210与该偏转单元204相对置。根据本发明，该烟雾报警单元210具有探测单元203以用于探测至少一个危险参量。后者典型地是最小烟雾密度或最小烟雾颗粒密度。该探测单元203在其侧包括用于发射穿越测量段的光束LS的光发射器201以及用于在测量段末尾来接收所发射的光束LS的相邻布置的光接收器202。该光发射器201优选地发射强烈会聚的红外光，如借助IR激光器或IR发光二极管。该光接收器202对于要接收的光是灵敏的。该光接收器比如是IR光电二极管或IR光电晶体管。该偏转单元204在本情况中是偏转棱镜。该偏转单元可以替代地是反射镜或者回射器意义上的所谓的后向反射器。该偏转单元204在此被设置用于把由该光发射器201所发射的光束LS偏转返回到该光接收器202上。
[0079]在本例子中，该光束LS由离开光束HS和返回光束RS组成，其相互大致反平行地延伸。在此由光束LS所穿越的测量段在此按照分段由离开光束HS的长度和返回光束RS的长度组成，也即由该烟雾报警单元210与该偏转单元204之间间距的二倍组成。根据本发明，该线型烟雾报警器具有电器件6以及至少一个根据本发明的温度调节的集成电路51，其至少用于进一步处理相应的所探测的危险参量、用于输出报警信号SIG、以及用于输出由作用的电离辐射所导致的至少一个集成电路51的损坏信息DEG。
[0080]由此与现有技术相比，在具有增强放射性辐射部署的区域中，比如在核电厂中的核反应堆的所谓封锁区域中，可以更久地使用该线性烟雾报警器200。
[0081]该光发射器和该光接收器也可以替代地(在附图中未示出)相互空间分隔地布置。在这种情况下，也不需要偏转单元。于是该光发射器就布置在所示出的偏转单元的位置上，并对准相对置的光接收器。在这种情况下，在该光发射器与该光接收器之间的间距同时对应于该测量段。
[0082]附图标记列表1危险报警器、火灾报警器、线型烟雾报警器
2报警中心、危险报警中心、控制板
3探测单元、火灾探测单元、光学测量室
4电路载体、电路板
5半导体器件
6其他电器件
7热隔离、隔热单元
9气体传感器、气体FET
11报警器底座、端子板
12壳体基体
13壳体盖、壳体帽
14底座侧端子
15报警器侧端子
21温度传感器、pn 二极管
22比较器、差分器、减法器
23调节器
24调节元件
25第一计算块
26第二计算块
27模拟/数字变换器
28环境温度传感器
31气体传感器探测单元
32热探测单元、NTC51微控制器
71隔热半壳
72隔热板
100危险报警设备、火灾报警设备
200线型烟雾报警器(LRM)
201光发射器、激光器、激光二极管
202光接收器、光电二极管
203探测单元
204偏转单元、反射器、后向反射器210烟雾报警单元
ADR报警器地址
ADR1-ADR3选择地址
DEG损坏信息、损坏程度
HS离开光束
IN输入
LS光束M-PRG主程序
NUC具有增强放射性的区域、核区域
OF壳体开口
OUT输出
P0在开始时间点的附加功率值
Pe在结束时间点的附加功率值
Ph可调的附加电功率
Pl漏电流损耗功率
Pmin最小功率值
PV-PRG 损耗功率控制程序
Pv电功率消耗、电损耗功率
RS返回光束
S半导体芯片、裸芯片
SIG报警信号、警报通知、探测器状态
T运行温度
TI, TI'温度实际值
TS温度理论值
TU环境温度
to辐射部署的开始时间点
tE辐射部署的结束时间点
tw最小功率值
TC-PRG 温度调节程序
【主权项】
1.用于在具有电离辐射的区域(NUC)中运行的集成电路，其具有温度调节电路的至少一部分以用于通过以下方式将电路温度(T)调节提高到预先给定的、基本恒定的运行温度值(TS)上，即将所述电路的电功率消耗(Pv)提高了可调的附加电功率(PH)，并具有输出所述集成电路的由对其作用的电离辐射所导致的损坏信息(DEG)的能力，其中所述损坏信息(DEG)可以根据与辐射剂量有关的可调的附加电功率(Ph)的下降来确定。2.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述预先给定的、基本恒定的运行温度值(TS)处于70°C至所述集成电路制造商所指定的最大运行温度值的范围内，其中所述集成电路尤其是针对扩大的温度范围或针对高温范围来设计。3.根据权利要求1或2所述的集成电路，其中所述电路具有半导体芯片(S)和芯片壳体，并且其中在所述半导体芯片(S)上和/或在所述芯片壳体中应用至少一个电加热元件以用于加热所述集成电路。4.根据前述权利要求之一所述的集成电路，其中所述集成电路具有半导体芯片(S)，其中在所述半导体芯片(S)上集成有温度传感器(21)、尤其是pn 二极管，以用于检测电路温度(T)，并且其中所述温度传感器(21)是温度调节电路的部分。5.根据前述权利要求之一所述的集成电路，其中所述集成电路是尤其以CMOS技术来制造的微控制器、微处理器、FPGA或ASIC。6.根据权利要求5所述的集成电路，其中所述电路是处理器辅助电路，并且其中温度调节电路的至少一部分作为计算机程序(TC-PRG)来实现，所述计算机程序在所述集成的处理器辅助电路上被执行。7.根据权利要求6所述的集成电路，其中所述处理器辅助电路具有模拟/数字变换器(27)，以用于检测由所述温度传感器(21)输出的、与所述电路温度(T)相关的电测量变量，并且其中相应的数字值通过所述处理器辅助电路来进一步处理以用于温度调节。8.根据权利要求6或7所述的集成电路，其中所述集成的处理器辅助电路是微控制器，其中在所述微控制器上执行的用于温度调节的计算机程序(TC-PRG)具有合适的程序步骤和/或控制合适的损耗功率控制程序(PV-PRG)，以便对所述微控制器的内部功能组件、如计时器、存储器、时钟发生器、硬件乘法器、DMA、看门狗、串行接口、比较器、DAC以及模拟或数字输出端进行控制或暂时接通，使得能够调节所需电功率消耗(Pv)以用于将所述微控制器温度调节到所述运行温度值(TS)上。9.根据权利要求8所述的集成电路，其中通过所述温度调节程序(TC-PRG)来控制和/或接通所述内部功能组件，使得在所述半导体芯片(S)上所形成的损耗热量大面积地尽可能均匀地进行。10.根据前述权利要求6至9之一所述的集成电路，其中所述温度调节程序(TC-PRG)具有合适的程序步骤， -以便确定为了将所述集成电路的温度调节到所述运行温度值(TS)上所需的附加电功率(Ph)，以及 -以便根据所述附加电功率(Ph)的下降来确定并输出所述集成电路的损坏信息(DEG)，和/或 -以便在所需的附加功率(Ph)低于预先给定的最小值(Pmin)时，输出报警通知(WARN)。11.根据前述权利要求之一所述的集成电路，其附加地进行隔热封装。12.用于在具有电离辐射的区域(NUC)中运行的危险报警器、尤其是火灾报警器，其中所述危险报警器具有: -至少一个探测单元(3，203)，以用于探测至少一个危险参量，和 -电器件(6)以及根据前述权利要求之一所述的至少一个温度调节的集成电路(51)，其至少用于进一步处理相应的所探测的危险参量、输出报警信号(SIG)以及输出由作用的电离辐射所导致的至少一个集成电路(51)的损坏信息(DEG)。13.根据权利要求12所述的作为线型烟雾报警器(200)来构造的危险报警器(1)，其具有至少一个烟雾报警单元(210)以及必要时具有至少一个光偏转单元(204)，其中所述烟雾报警单元(210)具有探测单元(203)，所述探测单元具有用于发射穿越测量段的光束(LS)的光发射器(201)并具有用于在测量段末尾接收所发射的光束(LS)的光接收器(202)，以便探测至少一个危险参量，其中所述至少一个偏转单元(204)被设置用于将由所述光发射器(201)所发射的光束(LS)偏转返回到所述光接收器(202)，并且其中所述线型烟雾报警器(200)具有电器件(6)以及根据前述权利要求1至12之一所述的至少一个温度调节的集成电路(51)，其至少用于进一步处理相应的所探测的危险参量、输出报警信号(SIG)、以及输出由作用的电离辐射所导致的至少一个集成电路(51)的损坏信息(DEG)。14.根据权利要求12或13所述的危险报警器，其中如果相应的附加电功率(Ph)低于预先给定的最小值(PMIN)，那么所述报警通知(WARN)就可以通过所述至少一个集成电路(51)输出到在信号技术或数据技术上与所述危险报警器相连的危险报警中心。15.用于确定集成电路(51)的由对其作用的电离辐射所导致的损坏信息(DEG)的方法， -其中所述电路温度(T)被调节提高到预先给定的、基本恒定的运行温度值(TS)上，以便通过随电路温度(T)增高而增大的空穴复合速率来至少部分地补偿在所述集成电路(51)的半导体芯片(S)中由电离辐射所引起的提高的空穴导电性， -其中为了提高所述电路温度(T)，所述集成电路的电功率消耗(Pv)被提高了可调的附加电功率(Ph)，以及 -其中根据所需的附加电功率(Ph)的下降来确定所述集成电路(51)的损坏信息(DEG)，并然后将其输出。
【专利摘要】本发明涉及用于在具有电离辐射的区域（NUC）中运行的集成电路（51），尤其是微控制器，其具有至少一部分温度调节电路以用于通过以下方式将电路温度（T）调节提高到预先给定的、基本恒定的运行温度值（TS）上，即把该电路的电功率消耗（PV）提高了可调的附加电功率（PH）。该电路具有输出对其作用的电离辐射所导致的该集成电路的损坏信息（DEG）的能力，其中该损坏信息可以根据与辐射剂量有关的该可调附加电功率的下降来确定。
【IPC分类】G08B29/00, H01L23/24
【公开号】CN104903943
【申请号】CN201380053023
【发明人】H.埃贝佐尔德
【申请人】西门子瑞士有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年10月9日
【公告号】EP2907117A1, US9030328, US20140097958, WO2014056976A1
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