❶ Въпрос: Каква е максималната работна температура за полупроводникови полирани силициеви пластини-?
Отговорете в два сценария:
|
Сценарий |
Температурен диапазон |
Описание |
|
Производствена обработка |
До приблизително 1200 градуса |
Процеси като окисление, дифузия и отгряване се извършват при високи температури. Точката на топене на единичен силиций е 1414 градуса и е напълно стабилен под 1200 градуса |
|
Завършена операция на устройството |
Обикновено не надвишава 175 градуса |
Търговски клас 0-70 градуса, индустриален клас -40~85 градуса, автомобилен/военен клас до 150~175 градуса |
❷ Въпрос: Защо работната температура на готовите устройства е много по-ниска от температурата на обработка?
Три основни причини:
1. Стареене на множество материали
Чипът не е само направен от силиций, той също така съдържа метални връзки (мед/алуминий), изолационни диелектрици и опаковъчни материали. Високите температури ускоряват:
- Електромиграция на метали, водеща до скъсване на проводника
- Стареене на изолационни диелектрици, увеличаване на тока на утечка
- Размекване и повреждане на опаковъчните материали
2.Дрейф на електрическите характеристики
Параметрите на полупроводниковото устройство са много чувствителни към температурата:
- Дрейф на праговото напрежение, работната точка се отклонява от проектната
- Намаляване на мобилността на носителя, намаляване на производителността
- Експоненциално увеличаване на тока на утечка, неконтролирана консумация на енергия
- Грешки във времето, функционална повреда на веригата
3. Консумация на енергия и надеждност
Според закона на Арениус,за всеки 10 градуса повишаване на температурата процентът на повреда приблизително се удвоява. Съвременните чипове вече имат висока консумация на енергия и когато се комбинират с висока-температурна среда, разсейването на топлината става трудно, което води до рязко намаляване на продължителността на живота.
❸ Въпрос: Има ли значителна връзка между дебелината на силициевата пластина и температурната устойчивост?
Много малка връзка:
- За граници на работната температура на крайния продукт: Почти без значение. Ограничението на работната температура идва от опаковката, металните връзки и дизайна на устройството и има малка връзка с дебелината на силициевата пластина.
- Дебелите силиконови пластини всъщност имат малко по-добро разсейване на топлината. Усъвършенстваните процеси често извършват изтъняване на задната страна (смляно до под 100 μm), за да подобрят разсейването на топлината, не защото дебелите пластини нямат температурна устойчивост.
- За производствени процеси: Дебелите силициеви пластини имат по-голям топлинен капацитет, по-бавно нагряване и охлаждане, но изискват само регулиране на компенсацията на времето на процеса. Това не влияе на температурната устойчивост и дебелите силиконови пластини все още могат да издържат на високи температури от 1200 градуса.
Заключение: Дебелината на силициевата пластина влияе главно на механичната якост, разсейването на топлината и опаковката, но не влияе на границата на температурна устойчивост.
Обобщение на ключови точки от знания
- Самият силиций е много устойчив на висока температура, 1200 градуса температура на процеса е горната граница, с все още 200 градуса марж под точката на топене.
- Това, което ограничава работната температура на готовите продукти, не е самият силиций, а други материали извън силиция и електрическите характеристики на устройството.
- Дебелината не влияе на температурната устойчивост, а само на разсейването на топлината и технологията на обработка.
- Температурата е убиец номер едно за надеждността на полупроводниковите устройства, а проектните работни температури са зададени така, че да гарантират продължителност на живота и стабилност.
