❶ Pitanje: Koja je maksimalna radna temperatura za poluprovodničke pločice od poliranog silikona-?
Odgovorite u dva scenarija:
|
Scenario |
Temperaturni opseg |
Opis |
|
Manufacturing Processing |
Do približno 1200 stepeni |
Procesi kao što su oksidacija, difuzija i žarenje izvode se na visokim temperaturama. Tačka topljenja pojedinačnog silicijuma je 1414 stepeni, a potpuno je stabilna ispod 1200 stepeni |
|
Završen rad uređaja |
Uglavnom ne prelazi 175 stepeni |
Komercijalni stepen 0-70 stepeni, industrijski stepen -40~85 stepeni, automobilski/vojni stepen do 150~175 stepeni |
❷ Pitanje: Zašto je radna temperatura gotovih uređaja mnogo niža od temperature obrade?
Tri osnovna razloga:
1. Starenje više materijala
Čip nije napravljen samo od silicijuma, već sadrži i metalne spojeve (bakar/aluminij), izolacijske dielektrike i materijale za pakovanje. Visoke temperature ubrzavaju:
- Elektromigracija metala, što dovodi do loma žice
- Starenje izolacionih dielektrika, povećanje struje curenja
- Omekšavanje i kvar materijala za pakovanje
2. Odstupanje električnih karakteristika
Parametri poluprovodničkih uređaja su vrlo osjetljivi na temperaturu:
- Prag napona odstupanja, radna tačka odstupa od projektovane
- Smanjenje mobilnosti nosača, smanjenje performansi
- Eksponencijalno povećanje struje curenja, nekontrolisana potrošnja energije
- Vremenske greške, funkcionalni kvar kola
3.Potrošnja energije i pouzdanost
Prema Arrheniusovom zakonu,za svakih 10 stepeni povećanja temperature, stopa kvara se približno udvostručuje. Moderni čipovi već imaju veliku potrošnju energije, a kada se kombinuju sa okruženjima visoke{1}}temperature, rasipanje topline postaje teško, što dovodi do naglog smanjenja životnog vijeka.
❸ Pitanje: Postoji li značajna veza između debljine silikonske pločice i temperaturne otpornosti?
Vrlo mala veza:
- Za granice radne temperature gotovog proizvoda: Gotovo irelevantno. Ograničenje radne temperature dolazi od pakovanja, metalnih interkonekcija i dizajna uređaja i ima malo veze sa debljinom silikonske pločice.
- Debele silikonske pločice zapravo imaju nešto bolje rasipanje topline. Napredni procesi često izvode stanjivanje sa zadnje strane (mljeveno na ispod 100 μm) kako bi se poboljšalo rasipanje topline, a ne zato što debele pločice nemaju temperaturnu otpornost.
- Za proizvodne procese: Debele silikonske pločice imaju veći toplinski kapacitet, sporije zagrijavanje i hlađenje, ali zahtijevaju samo podešavanje kompenzacije vremena procesa. Ne utiče na temperaturnu otpornost, a debele silikonske pločice i dalje mogu izdržati visoke temperature od 1200 stepeni.
Zaključak: Debljina silikonske pločice uglavnom utječe na mehaničku čvrstoću, rasipanje topline i pakiranje, ne utječe na granicu temperaturne otpornosti.
Sažetak ključnih tačaka znanja
- Sam silicijum je otporan na visoke temperature, temperatura procesa od 1200 stepeni je gornja granica, sa još 200 stepeni margine ispod tačke topljenja.
- Ono što ograničava radnu temperaturu gotovih proizvoda nije sam silicij, već drugi materijali izvan silicija i električne karakteristike uređaja.
- Debljina ne utječe na temperaturnu otpornost, utječe samo na rasipanje topline i tehnologiju obrade.
- Temperatura je ubojica broj jedan za pouzdanost poluvodičkih uređaja, a projektne radne temperature su postavljene da osiguraju životni vijek i stabilnost.
