❶ Jautājums: kāda ir pusvadītāju -klases pulēta silīcija plātņu maksimālā darba temperatūra?
Atbilde divos scenārijos:
|
Scenārijs |
Temperatūras diapazons |
Apraksts |
|
Ražošanas apstrāde |
Līdz aptuveni 1200 grādiem |
Tādi procesi kā oksidēšana, difūzija un atkausēšana tiek veikti augstā temperatūrā. Viena silīcija kušanas temperatūra ir 1414 grādi, un tas ir pilnīgi stabils zem 1200 grādiem |
|
Pabeigta ierīces darbība |
Parasti nepārsniedz 175 grādus |
Komerciālā pakāpe 0-70 grādi, rūpnieciskā pakāpe -40-85 grādi, automobiļu/militārā pakāpe līdz 150-175 grādiem |
❷ Jautājums: Kāpēc gatavo ierīču darba temperatūra ir daudz zemāka par apstrādes temperatūru?
Trīs galvenie iemesli:
1. Vairāku materiālu novecošana
Mikroshēma nav izgatavota tikai no silīcija, tajā ir arī metāla starpsavienojumi (varš/alumīnijs), izolācijas dielektriķi un iepakojuma materiāli. Augsta temperatūra paātrina:
- Metālu elektromigrācija, kas izraisa stieples pārrāvumus
- Izolācijas dielektriķu novecošana, palielinot noplūdes strāvu
- Iepakojuma materiālu mīkstināšana un sabojāšanās
2. Elektrisko raksturlielumu novirze
Pusvadītāju ierīces parametri ir ļoti jutīgi pret temperatūru:
- Sliekšņa sprieguma novirze, darbības punkts atšķiras no projektētā
- Nesēja mobilitātes samazināšanās, veiktspējas samazināšanās
- Eksponenciāls noplūdes strāvas pieaugums, nekontrolēts enerģijas patēriņš
- Laika kļūdas, ķēdes darbības traucējumi
3. Enerģijas patēriņš un uzticamība
Saskaņā ar Arrēnija likumu,par katru 10 grādu temperatūras paaugstināšanos atteices līmenis aptuveni dubultojas. Mūsdienu mikroshēmām jau ir liels enerģijas patēriņš, un, apvienojot to ar augstas-temperatūras vidi, siltuma izkliedēšana kļūst apgrūtināta, kā rezultātā krasi samazinās kalpošanas laiks.
❸ Jautājums: vai pastāv būtiska saistība starp silīcija plāksnītes biezumu un temperatūras izturību?
Ļoti maz attiecību:
- Gatavā produkta darba temperatūras ierobežojumiem: gandrīz nav nozīmes. Darba temperatūras ierobežojumu nosaka iepakojums, metāla starpsavienojumi un ierīces dizains, un tam ir neliela saistība ar silīcija plāksnītes biezumu.
- Biezajām silīcija plāksnēm faktiski ir nedaudz labāka siltuma izkliede. Uzlabotos procesos bieži tiek veikta aizmugures retināšana (saslīpēta līdz 100 μm), lai uzlabotu siltuma izkliedi, nevis tāpēc, ka biezām plāksnēm trūkst temperatūras izturības.
- Ražošanas procesiem: Biezajām silīcija plāksnēm ir lielāka siltuma jauda, lēnāka sildīšana un dzesēšana, taču nepieciešama tikai procesa laika kompensācijas pielāgošana. Tas neietekmē temperatūras izturību, un biezas silīcija vafeles joprojām var izturēt 1200 grādu augstu temperatūru.
Secinājums: Silīcija vafeles biezums galvenokārt ietekmē mehānisko izturību, siltuma izkliedi un iepakojumu, tas neietekmē temperatūras pretestības robežu.
Galveno zināšanu punktu kopsavilkums
- Silīcijs pats par sevi ir ļoti izturīgs pret augstu temperatūru, 1200 grādu procesa temperatūra ir augšējā robeža, un joprojām ir 200 grādu robeža zem kušanas punkta.
- Gatavo izstrādājumu darba temperatūru ierobežo nevis pats silīcijs, bet gan citi materiāli ārpus silīcija un ierīces elektriskās īpašības.
- Biezums neietekmē temperatūras izturību, tas ietekmē tikai siltuma izkliedi un apstrādes tehnoloģiju.
- Temperatūra ir galvenais pusvadītāju ierīču uzticamības slepkava, un projektētās darba temperatūras ir iestatītas tā, lai nodrošinātu kalpošanas laiku un stabilitāti.