❶ Питање: Која је максимална радна температура за полупроводничке плочице од полираног силикона-?
Одговорите у два сценарија:
|
Сценарио |
Температурни опсег |
Опис |
|
Мануфацтуринг Процессинг |
До приближно 1200 степени |
Процеси као што су оксидација, дифузија и жарење се изводе на високим температурама. Тачка топљења појединачног силицијума је 1414 степени, а потпуно је стабилна испод 1200 степени |
|
Завршена операција уређаја |
Обично не прелази 175 степени |
Комерцијални степен 0-70 степени, индустријски разред -40 ~ 85 степени, аутомобилски/војни степен до 150 ~ 175 степени |
❷ Питање: Зашто је радна температура готових уређаја много нижа од температуре обраде?
Три основна разлога:
- Старење више материјала
Чип није направљен само од силицијума, већ садржи и металне интерконекције (бакар/алуминијум), изолационе диелектрике и материјале за паковање. Високе температуре убрзавају:
- Електромиграција метала, што доводи до лома жице
- Старење изолационих диелектрика, повећање струје цурења
- Омекшавање и квар материјала за паковање
2. Дрифт електричних карактеристика
Параметри полупроводничког уређаја су веома осетљиви на температуру:
- Праг напона одступања, радна тачка одступа од пројектоване
- Смањење мобилности носача, смањење перформанси
- Експоненцијално повећање струје цурења, неконтролисана потрошња енергије
- Временске грешке, функционални квар кола
3.Потрошња енергије и поузданост
Према Аренијусовом закону,за сваких 10 степени повећања температуре, стопа отказа се приближно удвостручује. Модерни чипови већ имају велику потрошњу енергије, а када се комбинују са окружењима са високим{1}}температурама, одвођење топлоте постаје тешко, што доводи до наглог смањења животног века.
❸ Питање: Да ли постоји значајна веза између дебљине силицијумске плочице и температурне отпорности?
Веома мали однос:
- За границе радне температуре готовог производа: Скоро ирелевантно. Ограничење радне температуре потиче од паковања, металних интерконекција и дизајна уређаја и има мало везе са дебљином силиконске плочице.
- Дебеле силиконске плочице заправо имају нешто боље расипање топлоте. Напредни процеси често изводе стањивање позади (млевено на испод 100 μм) да би се побољшало расипање топлоте, а не зато што дебелим плочицама недостаје температурна отпорност.
- За производне процесе: Дебеле силиконске плочице имају већи топлотни капацитет, спорије грејање и хлађење, али захтевају само подешавање компензације времена процеса. Не утиче на температурну отпорност, а дебеле силиконске плочице и даље могу да издрже високе температуре од 1200 степени.
Закључак: Дебљина силицијумске плочице углавном утиче на механичку чврстоћу, дисипацију топлоте и паковање, не утиче на границу отпорности на температуру.
Резиме кључних тачака знања
- Сам силицијум је отпоран на високе температуре, температура процеса од 1200 степени је горња граница, са још увек 200 степени маргине испод тачке топљења.
- Оно што ограничава радну температуру готових производа није сам силицијум, већ други материјали ван силицијума и електричне карактеристике уређаја.
- Дебљина не утиче на температурну отпорност, утиче само на расипање топлоте и технологију обраде.
- Температура је убица број један за поузданост полупроводничких уређаја, а пројектоване радне температуре су подешене да обезбеде животни век и стабилност.
