IC'lerin maksimum çalışma sıcaklığı

Neden bu kadar çok IC'nin maksimum sıcaklık aralığı 125 ° C? Ambalaj malzemesi toleranslarından mı, yani kalıbı pakete ve / veya başka bir şeye tutan siyah plastik muhafazalardan ve / veya bağlama epoksisinden mi?

Tüm yarı iletken karakteristikleri, yük taşıyıcı yoğunluklarına ilişkin sıcaklıkla ilgili Boltzman istatistiklerinden etkilenir. Ne kadar sıcak olursa, o kadar fazla taşıyıcı madde mevcutsa, bir noktada doğal taşıyıcı konsantrasyonu o kadar yükselir ki, herhangi bir doping (n-tipi ve p-tipi) silinir. Bu yüksek sıcaklıklarda.

Bir iletken, ısıttıkça, taşıyıcıların daha hareketli ve daha fazla çarpıştığı ve direncin arttığı özelliğine sahiptir. Yarı iletken, ısındıkça daha fazla taşıyıcı bulunduğundan ve direncin düştüğü özelliğine sahiptir.

Bu yüzden sınırlar olduğunu görmek doğal. Neden özellikle bu sıcaklıklar, bilmiyorum, eminim ki bazıları tarihsel bir cevap bulacaktır. Bununla birlikte, bir miktar sıcaklığın seçilmesi çok açıktır, çünkü çok geniş bir sıcaklık aralığı için tasarlarsanız, hız veya marjlar gibi diğer bazı performans metriklerinden ödün verilecektir.

Tasarımlar, Proses, Sıcaklık ve Gerilim köşe kasalarında olduğu gibi PVT köşeleri olarak adlandırılanlar üzerinden belirtilir.

Silikon entegre devrelerin (IC'ler veya yongalar) çalışması için askeri sıcaklık aralığı -55C ila + 125C'dir, bu da hemen hemen her saha durumunda, bol miktarda marjla (125C, kaynama noktasından% 25 daha sıcaktır) ).

IC'ler için diğer standart aralıklar Otomotiv için -40C ila + 125C, Endüstriyel için -40C ila + 85C ve Ticari için 0C ila + 70C'dir (örn. TV setlerindeki çipler). Bu standartlarda farklılıklar vardır, örneğin bazı otomotiv cihazları + 130C veya daha yüksek olabilir ve ev bilgisayarlarındaki yüksek performanslı CPU yongaları + 55C ile sınırlı olabilir.

Bir çipin ambalajı, çipin nominal sıcaklık aralığına göre seçilir ve genellikle daha düşük sıcaklıklı cihazlar için plastik ve daha yüksek sıcaklık için seramiktir. Seramik ambalajlar ayrıca üstün sızdırmazlık özelliğine sahiptir ve ambalajı soğutmak için harici bir soğutucu ile eşleşme imkanına sahip olabilir.

IC'lerin yapıldığı silikonun, çip devresi tarafından üretilen ısının, dış ısı yayma yöntemlerinden (ısı alıcıları) bağımsız olarak kalıcı hasarı önlemek için silikondan ve çipin dışından geçemediği bir sınırı vardır. CPU gibi bir dijital yonga için saat sinyali ne kadar hızlı olursa, o kadar fazla ısı üretir çünkü saat sinyali yüksek ve düşük mantık durumları arasındaki geçiş bölgesinde daha fazla zaman harcar. Saat geçişleri, tipik bir dijital devrenin önemli miktarda ısı ürettiği tek zamandır, bu nedenle saat hızı arttıkça daha fazla ısı üretilir. Silikon IC'lerde saat hızı için tipik bir üst sınır 4 GHz'dir (4.000 MHz), ancak bazı özel cihazlar çok daha hızlı saatlenebilir.