Wie Referenz-ICs altern?

Künstliches altern geht bei erhöhter Temperatur. Je höher die 
Temperatur, desto schneller laufen Alterungsprozesse ab. Die Ref. ICs 
werden keinen so hohen Stromverbrauch haben, dass da extra 
Alterungsprozesse auf Grund sehr hoher Stromdichten zu erwarten sind.

Mit Hausmittlen müßte man sich einen kleine Ofen bauen, der die ICs bei 
z.B. 120 C hält. Die Temperatur entsprechend der Spezifikation (z.B. 
Maximum der Lagertemperatur) wählen.

Alfons Schubert schrieb:
> ich möchte mehrere Referenz-ICs künstlich altern. Diese ICs(ADR421BRZ
> und LT1236ACS8-5) sind SMD-Typen.

Wozu? das lohnt sich bei SMD-Typen eh nicht.
Die Hysterese ist dort meist größer als die Alterung.

Gruß Anja

Ja, danke für deine Antwort!

Laut Datenblatt altern diese ICs die ersten 1500 Stunden mit ca. 50ppm.
Dazu kommt die Temperaturhysterese von nochmals 10-30ppm hinzu.
Da nützt es wenig, wenn die Drift laut Datenblatt mit der Temperatur bei 
1-3ppm liegt, zumindest die ersten 1500 Betriebsstunden.

Ich werde mal versuchen, die Steuerung meines Pizza-SMD-Ofens so 
hinzukriegen, dass ich Profile von 25° bis 120°C hinbekomme.

Anja schrieb:
> Die Hysterese ist dort meist größer als die Alterung.

Ist die Hysterese über die Lebensdauer des ICs immer vorhanden, oder 
lässt die mit der Zeit nach?

Alfons Schubert schrieb:
> Ist die Hysterese über die Lebensdauer des ICs immer vorhanden, oder
> lässt die mit der Zeit nach?

Nee da läßt nix nach:
Hysterese ist eine Eigenschaft des Gehäuses. Das Gehäuse hat einen 
anderen Temperaturkoeffizienten als der Chip selbst. Ferner kriecht der 
Kunststoff bei Erwärmung oder quillt bei Wasseraufnahme aus der Luft 
auf. Die mechanischen Spannungen verursachen Spannungsänderungen der 
Referenz auch bei gleicher Temperatur je nach dem ob diese aus höherer 
oder niedrigerer Temperatur angefahren wird. Die Hysterese ist 
näherungsweise quadratisch zur Temperaturauslenkung.

Vorsicht: die Datenblattangaben bei der Hysterese sind meist nur für das 
(heutzutage meist nicht mehr hergestellte) Metallgehause oder bei 
moderneren Referenzen für das DIP-Gehäuse angegeben. Bei SMD liegt die 
Hysterese generell höher.

siehe auch: (dort im Bereich 25 +/-15 Grad)
Beitrag "Erfahrungen mit Hysterese und Alterung von Referenzspannungsquellen?"

Jeder Hersteller gibt auch einen anderen Temperaturbereich für die 
Hysterese an so daß die Werte oft nicht vergleichbar sind.
Beim Einbau auf eine Leiterplatte kommen noch mechanische Spannungen der
Leiterplatte hinzu was auch nochmal mehrere hundert Mikrovolt 
Spannungsänderung nach sich ziehen kann.

Übrigens: Die Alterungsrate läßt sich laut Linear Technology nicht 
wesentlich durch erhöhte Temperatur beschleunigen.

http://cds.linear.com/docs/Design%20Note/dn229f.pdf

Gruß Anja

Es wird also schwierig bleiben ;-), trotzdem, danke für eure Anregungen.

Peter Dannegger schrieb:
> Du mußt das Bauteil erst einlöten und dann in der Schaltung und unter
> Spannung altern.
> Der Temperaturschock beim Einlöten macht Dir sonst die Alterung
> zunichte.

Hallo,

sehr seltsam: die Fa. Bosch betreibt hier ganze Hallen voller Öfen, um 
hunderttausende von ICs vorzualtern. Offensichtlich haben die noch nicht 
deinen Erkenntnisstand? Du solltest dich mal dort melden und ihnen 
sagen, dass sie das alles einsparen können.

Gruss Reinhard

Reinhard Kern schrieb:
> die Fa. Bosch betreibt hier ganze Hallen voller Öfen, um
> hunderttausende von ICs vorzualtern.

Kann das nicht sein, dass die 'nur' eine mögliche Feuchtigkeit aus den 
ICs raus haben wollen, wegen Platzen der Gehäuse beim Lötprozess?

Fahren die dort mit einem Temperaturprofil, also Temp rauf <-> Temp 
runter? Wenn ja, dann ist es sicher eine künstliche Alterung.

Automotive-ICs werden in der Regel so künstlich vorgealtert um die 
Qualitätsanforderungen der Automobilbranche einhalten zu können. Die ICs 
werden dabei größere Zeiträume bei erhöhten Temperaturen betrieben.

Nimm doch gleich eine bessere Referenz:

http://www.cirrus.com/en/pubs/proDatasheet/VRE3050_G.pdf

Und schau mal hier:

Beitrag "Erfahrungen mit Hysterese und Alterung von Referenzspannungsquellen?"

Kai Klaas

Reinhard Kern schrieb:
> sehr seltsam: die Fa. Bosch betreibt hier ganze Hallen voller Öfen, um
> hunderttausende von ICs vorzualtern. Offensichtlich haben die noch nicht
> deinen Erkenntnisstand? Du solltest dich mal dort melden und ihnen
> sagen, dass sie das alles einsparen können.

Da geht es aber sicher nicht darum die Referenzen auf ihren finalen Wert 
zu trimmen, sondern um die Bauelemente herauszufischen, die durch 
Frühausfälle die Garantiekosten in die Höhe treiben würden. Wenn es 
keinen Nutzen hätte würde das sicher nicht gemacht werden.

Gruß Anja

Samuel K. schrieb:
> Darf man erfahren was das bringt? Werden die chips genauer oder so was
> in der Art?

nicht genauer sondern präziser:

http://de.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A4zision

Die Änderung (Drift) über der Zeit wird bei guten Referenzen im Laufe 
des Lebens immer geringer.
In der Praxis bedeutet dies daß Du weniger oft kalibrieren mußt wenn die 
erste Kalibrierung nach einer Voralterung stattfindet.

Gruß Anja

>Die Änderung (Drift) über der Zeit wird bei guten Referenzen im Laufe
>des Lebens immer geringer.

Nein, nicht automatisch. 1. ist die angegebene Long-Term-Drift immer nur 
ein typischer Wert, der jederzeit erheblich überschritten werden kann 
und 2. funktioniert das mit der Abnahme der Long-Term-Drift nach 
längerer Zeit nur bei einzelnen selektierten Typen. Es gibt keinerlei 
Garantie dafür, daß die Long-Term-Drift automatisch bei allen Typen 
einer Serie abnimmt, auch dann nicht, wenn man ein "Accelerated Baking" 
durchgeführt hat.

Es gibt meines Wissens nach nur eine einzige Spannungs-Referenz, bei der 
jemals ein Maximalwert für die Long-Term-Drift angegeben wurde und das 
ist der AD588C/T, gemäß Datenblatt von 1988. Hier wurde so vorgegangen, 
daß alle Typen der AD588-Serie mit "Accelerated Baking" künstlich 
vorgealtert wurden und dabei in perdiodischen Intervallen die jeweilige 
Drift gemessen wurde. Nur diejenigen, deren Drift einen bestimmten Wert 
unterschritten und in aufeinanderfolgenden Messungen keine Zunhame der 
Drift zeigten, wurden als AD588C/T Typen verkauft.

Kai Klaas

Andrew Taylor schrieb:
> Peter Dannegger schrieb:
>> Oder Du sockelst die Referenz.
>
> Wenn Referenz sich auf das einzelne Bauteil bezieht:
>
> Nicht wenn man in den Bereich weniger ppm/K kommen will.
>
>
> Da bleibt nur einlöten. Sonst machen die gängigen Sockelmaterialien
> alles zunichte.
>
>
> Einzig wenn man so "nette" Module baut die Referenz und das zugehörige
> Hühnerfutter enthalten, kann man an Sockel denken.

... also beim HP 34401A ist die Referenz auch gesockelt. Und zwar nur 
die Bandlückendiode mit der Heizung. Also scheint das ja zu 
funktionieren, wenn man möchte.

HP34401A-Besitzer schrieb:
> ... also beim HP 34401A ist die Referenz auch gesockelt. Und zwar nur
> die Bandlückendiode mit der Heizung. Also scheint das ja zu
> funktionieren, wenn man möchte.

Hallo,

seit wann hat der HP 34401A eine Bandgap-Referenz?
Meines Wissens hat der eine LM399AH Referenz (beheizte buried zener 
diode)
HP-Ersatzteilnummer laut Service Manual 1826-1249
Kannst Du mal ein Foto schicken?

Gruß Anja

Anja, hast du die VRE3050 damals bekommen können?

Kai Klaas

Kai Klaas schrieb:
> Anja, hast du die VRE3050 damals bekommen können?

Nee, habe ich erst mal zurückgestellt:
Ich habe mich auf die LTZ1000A konzentriert.

Gruß Anja

Anja schrieb:
> HP34401A-Besitzer schrieb:
>> ... also beim HP 34401A ist die Referenz auch gesockelt. Und zwar nur
>> die Bandlückendiode mit der Heizung. Also scheint das ja zu
>> funktionieren, wenn man möchte.
>
> Hallo,
>
> seit wann hat der HP 34401A eine Bandgap-Referenz?
> Meines Wissens hat der eine LM399AH Referenz (beheizte buried zener
> diode)
> HP-Ersatzteilnummer laut Service Manual 1826-1249
> Kannst Du mal ein Foto schicken?

Stimmt, wenn man in die Schaltung von dem Service Manual von 1992 guckt.
In der Version von 2003 steht nur noch: "ULSHP6-1249" als Bezeichnung.
In der Bauteilliste steht in beiden Fällen nur 1826-1249 als 
Hersteller-Teilenummer und HP (28480) als Hersteller und nicht Linear -- 
weil das Ding vielleicht vorgealtert ist?

Jedenfalls gibt's anbei mal ein paar Bilder davon. Es ist einem 
Plastikgehäuse, unten gucken vier vergoldete Beine raus, die in eine 
Fassung mit nur innen vergoldeten Sockeln gesteckt.

Die Pins haben so viel Platz im Plastikgehäuse, dass es wackelt.

Deckt sich sehr genau mit der Gehäusebeschreibung der LM399.

Und damit ist es wohl auch nur eine Zener-Diode, du hast Recht (Wie kam 
ich nur auf die Bandgap-Diode? Unklar).

Grüße

Dennis

>Nee, habe ich erst mal zurückgestellt:
>Ich habe mich auf die LTZ1000A konzentriert.

Bist du zufrieden mit dem Teil?

Kai Klaas

HP34401A-Besitzer schrieb:
> weil das Ding vielleicht vorgealtert ist?

Klasse Bilder!!!!

Die Teile sind im Normalfall vorgealtert und danach (nach entsprechender 
Betriebszeit) nach Alterungsrate selektiert.
Das mit dem Sockel wundert mich allerdings das verbessert nicht gerade 
die Thermospannungen. Allerdings ist das Gerät ja auch nur mit 35ppm (1 
Jahr) spezifiziert.

Was mich noch interessieren würde: Ich habe festgestellt daß je nach 
Orientierung im Raum (also Normallage, Kopfüber rechts oder links 
liegend) beim LM399 die Referenzspannung sich um 3-4 ppm (20-30uV bei 
6,9V) ändert. Bei einem Keithley 2000 Meßgerät (ebenfalls LM399) habe 
ich 120uV-130uV Änderung bei 6,9V Eingangsspannung je nach Lage 
abgelesen. Wie schneidet da das HP34401 ab?

Gruß Anja

Kai Klaas schrieb:
> Bist du zufrieden mit dem Teil?

Wie manns nimmt. Ich habe gerade erst ein Muster aufgebaut. Es ist 
jedoch im Vergleich zur LM399 relativ schwierig die Daten aus dem 
Datenblatt auch zu erreichen. Die LTZ1000A reagiert empfindlich auf 
Störimpulse aus dem Netz und benötigt eine extrem gute thermische 
Schirmung. Ansonsten erreicht man die Werte für Rauschen (1,2uVpp) 
nicht. Im Moment habe ich noch ein niederfrequentes Rauschen von ca. +/- 
3uV das mit dem 1,2uVpp Rauschen überlagert ist.

Gruß Anja

Anja schrieb:
> Die Teile sind im Normalfall vorgealtert und danach (nach entsprechender
> Betriebszeit) nach Alterungsrate selektiert.
> Das mit dem Sockel wundert mich allerdings das verbessert nicht gerade
> die Thermospannungen. Allerdings ist das Gerät ja auch nur mit 35ppm (1
> Jahr) spezifiziert.

Naja, wenn sie sich ausgleichen, wär's egal. Aber das ist wohl nur eine 
Hoffnung.

> Was mich noch interessieren würde: Ich habe festgestellt daß je nach
> Orientierung im Raum (also Normallage, Kopfüber rechts oder links
> liegend) beim LM399 die Referenzspannung sich um 3-4 ppm (20-30uV bei
> 6,9V) ändert. Bei einem Keithley 2000 Meßgerät (ebenfalls LM399) habe
> ich 120uV-130uV Änderung bei 6,9V Eingangsspannung je nach Lage
> abgelesen. Wie schneidet da das HP34401 ab?

Ich habe mal zwei lange schon nicht mehr benutzte Batterien rangeklemmt 
(so 2,7V, Anzeige steht bis auf die 10µV-Stelle, die alle Minute mal 
wackelt, still).
Das Gerät nur kurz auf eine andere Seite zu stellen führt zu keiner 
Veränderung.
Dreht man das Gerät nach links, so tritt nach wenigen Minuten ein 
reproduzierbarer Unterschied von -10 µV auf.
Kopfüber zu stehen führt zu +10µV Unterschied im abgelesenen Wert.

Ist zwar jetzt nur auf die Schnelle ohne garantiert stabile 
Spannungsquelle, aber als Anhaltspunkt sollte es reichen.

HP34401A-Besitzer schrieb:
> Das Gerät nur kurz auf eine andere Seite zu stellen führt zu keiner
> Veränderung.

Hatte ich vergessen zu erwähnen: Der Effekt ist wohl thermisch bedingt.
(daraus resultiert ein langsames einschwingen).
Bei der LM399 sind vermutlich Heizung, Temperaturfühler und 
Referenzdiode räumlich an unterschiedlichen Stellen auf dem Chip. Je 
nachdem ob die Heizung jetzt mehr unter dem Temperaturfühler oder unter 
der Referenzdiode liegt ergeben sich unterschiedliche 
Ausgangsspannungen.

Bei der LTZ1000 scheinen der Referenzverstärker und der Transistor für 
die Temperaturmessung aus je 4 einzelnen parallelgeschalteten Elementen 
zu sein die konzentrisch um die Z-Diode angeordnet sind. Die Heizung ist 
dann als Ring außenherum angeordnet. Siehe 3. Bild von oben:

http://www.ourdev._cn_/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=3593996&bbs_page_no=3&search_mode=4&search_text=lysoft&bbs_id=9999

das "_cn_" durch "cn" ersetzten. (der Spam-Filter hat zugeschlagen).

HP34401A-Besitzer schrieb:
> Dreht man das Gerät nach links, so tritt nach wenigen Minuten ein
> reproduzierbarer Unterschied von -10 µV auf.
> Kopfüber zu stehen führt zu +10µV Unterschied im abgelesenen Wert.
also 20uV/2,7V wären dann so 7 ppm +/-4ppm.
Wenn Du noch irgendeine Referenz in der Nähe des Skalenendwertes (10V) 
finden würdest hätte man noch etwas mehr Auflösung.

Gruß Anja

>Wie manns nimmt. Ich habe gerade erst ein Muster aufgebaut. Es ist
>jedoch im Vergleich zur LM399 relativ schwierig die Daten aus dem
>Datenblatt auch zu erreichen. Die LTZ1000A reagiert empfindlich auf
>Störimpulse aus dem Netz und benötigt eine extrem gute thermische
>Schirmung. Ansonsten erreicht man die Werte für Rauschen (1,2uVpp)
>nicht. Im Moment habe ich noch ein niederfrequentes Rauschen von ca. +/-
>3uV das mit dem 1,2uVpp Rauschen überlagert ist.

Danke für die Infos!

Kai Klaas

Anja schrieb:
> also 20uV/2,7V wären dann so 7 ppm +/-4ppm.
> Wenn Du noch irgendeine Referenz in der Nähe des Skalenendwertes (10V)
> finden würdest hätte man noch etwas mehr Auflösung.

Habe noch einen 9V-Block dazugepackt, sind also jetzt 11 Volt.
Leider ist die Spannung nicht so konstant wie gestern, die 
Verbindungskabel sind ja auch nur 0815-Laborklemmen.
Nach längerer Ruhezeit schwankt das ganze immer noch langsam hin und 
her, aber ich erhielt so ca. 60-100µV Differenz beim nach links kippen 
und zurück, lässt sich nicht genauer sagen, dafür schwankt die letzte 
Stelle hin und her, sogar nach Stunden.

Wird mal Zeit für eine richtige Spannungsreferenz. :-|

HP34401A-Besitzer schrieb:
> aber ich erhielt so ca. 60-100µV Differenz beim nach links

bezogen auf 11V also 7 +/-2ppm.
Da ergeben sich interessante Fragen.

Ist der Unterschied 7+/-2ppm zu 3-4 ppm durch die Fassung bedingt oder 
liegt es daran daß in meinem Fall nicht LT der Hersteller ist sondern 
NS.
Oder ist es einfach Zufall bzw. Streuung der Bauteile.
Warum haben die Keithley 2000 noch mehr Unterschied. Sind dort auch 
Fassungen verbaut die ggf. sogar noch schlechter sind?

Gruß Anja

Dieter Werner schrieb:
> Eingelötet ohne Abstandshalter in etwa 5mm Höhe. Der weiße "Hut" ist
> übrigens locker und fällt beim Drehen vielleicht einen halben Millimeter
> hin und her,

Interessant: Ist mir bei meinem allerersten LM399 auch aufgefallen (NS 
Datecode 026 wobei die "0" eher für 1980 oder 1990 steht. Ist aus einer 
ur-alten Leiterplatte ausgelötet). Dieser Hut hat unten ein 
ausgestanztes Kreuz für die Beinchen. Dadurch haben diese ein gewisses 
Spiel.
Bei den neueren Referenzen die ich vor ca 2 Jahren gekauft habe sind 4 
winzige Löcher ausgestanzt. Diese Hüte wackeln fast nicht.

Dieter Werner schrieb:
> lässt sich aber nicht abziehen.

Der Deckel ist oben eingeclipst. Nach unten ist es eine Wanne mit 1 
Kreuz oder 4 Ablauflöcher für die Beinchen.

Gruß Anja

Peter Dannegger schrieb:
> Wir setzen auch die LTZ1000 ein, ist mit Abstand das Beste.
Ist klar besser als die LM399 aber mit den besseren Werten im Datenblatt 
steigen auch die Ansprüche.

Peter Dannegger schrieb:
> Für R1..R5 verwenden wir 10ppm-Typen.
Da habe ich 3ppm-Typen. Hiermit erreiche ich auch in etwa die 0.05 ppm/K 
an Gesamt-Temperaturgang.

Fragen:
- Wie schirmt Ihr das ganze thermisch?
  (geschlitzte Starrflex Leiterplatten und thermo-Kappe?)
- Wie sieht bei euch das 0.1Hz .. 10Hz rauschen aus im Verhältnis zum 
Datenblatt
- Ändert sich die Ausgangsspannung um ein paar uV durch kapazitive 
Veränderung der Verkabelung (z.B. Handauflegen, Anschluß Oszi-Masse 
usw.)
Bei mir teilweise erst nach thermischem einschwingen sichtbar, da Pin 6 
der LTZ (Sollwert für Temperaturregelung) beeinflußt wird.

Gruß Anja

Anja schrieb:
> Ist der Unterschied 7+/-2ppm zu 3-4 ppm durch die Fassung bedingt oder
> liegt es daran daß in meinem Fall nicht LT der Hersteller ist sondern
> NS.

Mal von dem unbekannten Einfluss des Herstellers abgesehen:
Könnten das nicht auch thermische Effekte durch die restliche Schaltung 
des Gerätes sein? Schließlich ändert sich bei einer Seitenlage halt auch 
die Ausrichtung der Platinen im Gerät, und damit die dortige 
Temperaturverteilung. Der Effekt könnte dann sogar der Drift der 
Referenz bei einer Lageänderung entgegenwirken.

> Oder ist es einfach Zufall bzw. Streuung der Bauteile.
> Warum haben die Keithley 2000 noch mehr Unterschied. Sind dort auch
> Fassungen verbaut die ggf. sogar noch schlechter sind?

Na durch Dieters Bericht können wir die Fassung wohl ausschließen.

Hat denn nicht noch jemand ein Gerät mit der Referenz, sodass wir mehr
Messpunkte bekommen?

A...aha Soooo. schrieb:
> Wie sieht man die Stabilitaet einer solchen Referenz ?

Temperaturstabilität geht relativ einfach: Die Drift der Differenz 2er 
gleicher Referenzen kann man mit einem relativ ungenauen Meßgerät das 
nur genügend empfindlich ist ausreichend genau messen. (Stichwort 
Nullpunkt-Voltmeter)

Langzeitstabilität ist schon schwieriger. Da kannst Du höchstens die 
Ausreißer innerhalb einer Gruppe erkennen.

A...aha Soooo. schrieb:
> Was macht Ihr mit solchen Referenzen ?

Schauen wie stabil die Meßgeräte sind mit denen man eigentlich die 
Referenz kalibrieren wollte.
Und schauen was sonst noch alles im Datenblatt verschwiegen wird.

Gruß Anja

HP34401A-Besitzer schrieb:
> Könnten das nicht auch thermische Effekte durch die restliche Schaltung
> des Gerätes sein?

Halte ich für relativ unwahrscheinlich. Das Meßgerät reagiert zumindest 
bei mir relativ schnell (wenige 10 Sekunden) auf die Lageänderung. -> es 
ist nur eine relativ kleine thermische Masse beteiligt. Wenn jetzt noch 
die Leiterplatte ins Spiel kommt hat man schnell mehrere Minuten bis das 
ganze eingeschwungen ist wenn das ganze nicht im Luftstrom eines Lüfters 
liegt. Das sollte aber bei einer Referenz in der Genauigkeitsklasse 
nicht sein.

Gruß Anja

A...aha Soooo. schrieb:
> Diese Referenzen moegen keine Verformung der
> Leiterplatte.

Das gilt aber hautpsächlich für Plastik-Gehäuse.
Metall-Gehäuse sind da weit weniger kritisch.
Bei der LTZ1000 macht man in High End Geräten
(Datron 4910 Kalibrator) 4 Schlitze (um die Ecke)
hauptsächlich um die Wärmeisolation zu verbessern.

Gruß Anja

Also, OPamps im DIL8-Gehäuse reagieren ebenfalls recht empfindlich auf 
mechanische Spannungen. Wer also eine Handvoll OPamps auf niedrigste 
Offsetspannungen selektieren will und dazu die Chips nacheinander in 
eine Fassung einer Testschaltung drückt und anschließend das Exemplar 
niedrigster Offsetspannung in die fertige Schaltung verbaut, kann 
manchmal eine herbe Überraschung erleben! Je nachdem, wie man die Chips 
in die Fassung drückt, können sich nämlich sehr unterschiedliche 
Offsetspannungen ergeben.

Kai Klaas