Максимальна температура роботи ІС

Чому стільки ІС мають діапазон максимальних темп 125C? Це обумовлено відхиленнями пакувального матеріалу, тобто чорними пластиковими кожухами та / або скріплюючим епоксидом, який утримує матрицю до упаковки та / або щось інше?

На всі характеристики напівпровідника впливає статистика Больцмана, що стосується щільності носія заряду щодо температури. Чим гарячіше, тим більше внутрішніх носіїв, в якийсь момент внутрішня концентрація носія стає настільки високою, що будь-який допінг (n-тип проти p-типу) стирається. Тобто при високій температурі.

Провідник має характеристику, що при нагріванні його носії є більш рухливими і стикаються більше, а опір піднімається. Напівпровідник має таку характеристику, що в міру його нагрівання присутні більше носіїв і опір падає.

Тож природно бачити, що є межі. Чому особливо ці температури, я не знаю, я впевнений, що хтось придумає історичну відповідь. Однак дуже важливо вибрати деяку температуру, оскільки якщо ви проектуєте для дуже широкого діапазону температур, то деякі інші показники продуктивності будуть порушені, наприклад, швидкість або запаси.

Конструкції задаються над так званими куточками PVT, як у кутових корпусах процесів, температури та напруги.

Діапазон військових температур для роботи силіконових інтегральних мікросхем (ІС або мікросхеми) становить від -55 ° C до + 125 ° C, що призначено для забезпечення роботи практично в будь-якій польовій ситуації, з великою запасом (125 ° С на 25% гарячіше температури кипіння води ).

Інші стандартні діапазони для ІС - від -40 ° C до + 125 ° C для автомобілів, від -40 ° C до + 85 ° C для промислових та від 0 ° C до + 70 ° C для комерційних (наприклад, мікросхеми в телевізорах). У цих стандартах є різні варіанти, наприклад, деякі автомобільні пристрої можуть поширюватися до + 130С або вище, а високопродуктивні мікросхеми процесора на домашніх комп’ютерах можуть бути обмежені до + 55С.

Упаковка мікросхеми вибирається відповідно до номінального температурного діапазону мікросхеми і, як правило, або пластикова для пристроїв нижчої температури, і керамічна для більш високої температури. Керамічні пакети також мають чудову герметизацію і можуть мати можливість спаровуватися із зовнішнім радіатором для охолодження упаковки.

Кремній, з якої виготовлені ІМС, має межу, за якою тепло, що генерується мікросхемою мікросхеми, не може протікати крізь кремній і з мікросхеми досить швидко, щоб запобігти постійному пошкодженню, незалежно від зовнішніх методів відведення тепла (тепловідводи). Чим швидше тактовий сигнал для цифрового чіпа, такого як процесор, тим більше тепла він виробляє, оскільки синхросигнал витрачає більше часу в області переходу між високими та низькими логічними станами. Переходи годинника - єдиний час, коли типовий цифровий ланцюг генерує значну кількість тепла, тому при збільшенні тактової частоти генерується більше тепла. Типова верхня межа частоти тактової частоти для силіконових ІС становить близько 4 ГГц (4000 МГц), але деякі спеціалізовані пристрої можуть працювати набагато швидше.