Bir yonga aşırı ısındığında, arıza çalışmaya başlayabilir - örneğin, birçok program bilgisayarın aşırı ısınmasında bazı kısımların bir kısmı veya tamamı başarısız olmaya başlayabilir.
Aşırı ısındığında talaşların bozulmasına neden olan tam olarak ne olur?
Yanıtlar:
Diğer cevapları genişletmek için.
Daha fazla sebep var, ama bunlar önemli bir kaç tane.
IC sıcaklıklarının yüksek sıcaklıklarda çalışması ile ilgili temel problem, bireysel transistörlerin aşırı kaçak akımıdır. Kaçak akım, cihazların anahtarlama gerilimi seviyelerinin etkileneceği şekilde artabilir, böylece sinyaller çip içinde doğru şekilde yayılmaz ve çalışmayı durdurur. Genellikle soğumalarına izin verildiğinde iyileşirler, ancak bu her zaman böyle değildir.
Yüksek sıcaklıkta çalışma için üretim prosesleri (300C'ye kadar), çok geniş bir sıcaklık aralığında düşük sızıntı nedeniyle yalıtkan silikon CMOS teknolojisini kullanır.
Bazı mükemmel cevaplara sadece bir ek: Teknik olarak daha mobil hale gelen çöpler değil, içsel taşıyıcı konsantrasyonundaki bir artış. Eğer silikon kristal örgüsü, termal enerjinin artması nedeniyle elektronların ve deliklerin cihazın içinden akmasını zorlaştıracağı için dopantlar / taşıyıcılar daha az hareketli hale gelirse - optik fonon saçılımının fiziğin onu çağırdığına inanıyorum ama yapabilirim yanlış olmak.
İç taşıyıcı konsantrasyonu doping seviyesinin üstüne çıktığında, cihazın elektrik kontrolünü kaybedersiniz. İçsel taşıyıcılar, silikonu kullanmadan önce orada olanlar, yarı iletkenlerin fikri, pn kavşakları ve transistörlerin yaptığı diğer ilginç şeyleri oluşturmak için kendi taşıyıcılarımızı eklememizdir. Silikon 150 derece civarındadır, bu nedenle ısı düşürücü RF ve yüksek hızlı işlemciler, 150 derece pratikte çok zor olmadıklarından çok önemlidir. İç taşıyıcı konsantrasyonu ile bir cihazın kaçak akımı arasında doğrudan bir bağlantı vardır.
Diğer adamların göstermiş olduğu gibi, bu çiplerin bozulmamasının sebeplerinden sadece bir tanesi - tel bağının çok sıcak olması ve altlıktan fırlaması kadar basit bir şeye bile inebiliyor, çok sayıda şey var.
Sızıntı akımları artmasına rağmen, birçok MOS tabanlı cihaz için daha büyük bir sorun olacağını umuyorum, "açık" durumundaki bir MOS transistöründen geçen akım miktarının cihaz ısınırken azalacağı yönünde. Bir cihazın doğru çalışması için, bir düğümü değiştiren bir transistör, o düğüme bağlı olan herhangi bir şey dayanmadan önce devrenin bu bölümündeki herhangi bir gizli kapasitansı şarj edebilmeli veya boşaltabilmelidir. Transistörlerin mevcut geçirme yeteneğinin azaltılması, düğümleri şarj etme veya boşaltma hızlarını azaltacaktır. Eğer bir transistör, devrenin başka bir kısmı değiştirilen o düğüme dayanmadan önce bir düğümü yeterince şarj edemez veya boşaltamazsa, devre arızalanır.
NMOS cihazları için, pasif çekme transistörlerini boyutlandırırken bir tasarım değişiminin olduğunu unutmayın; pasif çekme ne kadar büyük olursa, düğüm o kadar hızlı bir şekilde hızlı bir şekilde değişebilir, ancak düğüm düşük olduğunda daha fazla güç harcanırdı. Bu tür birçok cihaz bu nedenle doğru işlemin kenarına yakın bir yerde çalıştırıldı ve ısıya bağlı arızalar (ve eski elektronikler için) oldukça yaygındı. Yaygın CMOS elektroniği için bu tür sorunlar genellikle daha az ciddidir; Çok GHZ işlemciler gibi şeylerde ne kadar rol oynadıklarını pratikte hiçbir fikrim yok.
Mevcut cevapları tamamlamak için, günümüzün devreleri aşağıdaki iki yaşlanma etkisine duyarlıdır (sadece bunlar için değil, <150nm'deki işlemler için ana olanlardır):
Sıcaklık, taşıyıcıların hareketliliğini arttırdığından, HCI ve NBTI etkilerini arttırır, ancak sıcaklık, NBTI ve HCI'nın başlıca nedeni değildir:
Bu iki silikon yaşlanma etkisi, transistörün eşik değerini (Vt) arttıran transistörlere (yalıtkan substratları etkileyerek / bozarak) hem tersinir hem de geri dönüşü olmayan zararlara neden olur. Sonuç olarak, parça aynı çalışma seviyesini korumak için daha yüksek bir voltaj gerektirecektir, bu da çalışma sıcaklığında bir artış anlamına gelir ve diğer direklerde belirtildiği gibi, daha yüksek bir transistör kapısı sızıntısı olacaktır.
Özetlemek gerekirse, sıcaklık parça yaşını gerçekten daha hızlı hale getirmeyecek, parça yaşını artıracak daha yüksek frekans ve voltaj (yani overclock). Ancak yaşlanan transistörler, parçanın daha fazla ısınmasına neden olan daha yüksek çalışma voltajı gerektirir.
Corolary: Hızaşırtmanın sonucu sıcaklık ve gereken voltajda bir artıştır.
IC'lerin geri dönüşü olmayan bir şekilde başarısız olmasının genel nedeni, içlerinde çeşitli elemanlar arasında ara bağlantı oluşturmak için kullanılan Alüminyum metalin erimesi ve cihazları açması veya kısa devre yapmasıdır.
Evet, kaçak akımlar artacaktır, ancak genellikle sorun olan kaçak akımın kendisi değil, bunun neden olduğu ısı ve bunun sonucunda IC içindeki metale zarar verilir.
Güç devreleri (örn. Güç kaynakları, yüksek akım sürücüleri vb.) Zarar görebilir; çünkü yüksek voltajlarda, transistör sürücüleri hızlı bir şekilde kapandığında, cihazın kilitlenmesine neden olan iç akımlar veya cihazın iç kısımlarında eşit olmayan güç dağılımına neden olan iç akımlar oluşur. ısıtma ve ardından metal arızası.
Çok sayıda (1000'inci) tekrarlanan termal döngü sayısı, IC'nin ve paketin mekanik olarak genişlemesiyle sonuçlanan bağlantı kablolarının kopmasına veya plastik ambalaj malzemesinin sınırlandırılmasına ve ardından mekanik arızaya neden olmalarına neden olan uyumsuzluklar nedeniyle arızaya neden olabilir.
Elbette çok sayıda IC parametrik özelliği yalnızca belirli bir sıcaklık aralığında belirtilir ve bunlar bunun dışında spesifik olmayabilir. Tasarıma bağlı olarak, bu başarısızlığa veya kabul edilemez parametrik kaymaya neden olabilir (IC sıcaklık aralığının dışındayken) - bu aşırı yüksek veya düşük sıcaklıklar için ortaya çıkabilir.