Câu trả lời:
Để mở rộng các câu trả lời khác.
Có nhiều lý do hơn, nhưng những điều này làm cho một vài quan trọng.
Vấn đề chính với hoạt động của IC ở nhiệt độ cao là dòng rò rỉ tăng lên rất nhiều của các bóng bán dẫn riêng lẻ. Dòng rò có thể tăng đến mức các mức điện áp chuyển mạch của thiết bị bị ảnh hưởng, do đó tín hiệu không thể truyền đúng trong chip và nó ngừng hoạt động. Họ thường phục hồi khi được phép hạ nhiệt, nhưng đó không phải là luôn luôn như vậy.
Các quy trình sản xuất cho hoạt động ở nhiệt độ cao (lên đến 300C) sử dụng công nghệ CMOS trên chất cách điện silicon vì độ rò rỉ thấp trong phạm vi nhiệt độ rất rộng.
Chỉ cần một bổ sung cho một số câu trả lời xuất sắc: Về mặt kỹ thuật, đó không phải là những người có khả năng di động nhiều hơn, đó là sự gia tăng nồng độ chất mang bên trong. Nếu bất cứ thứ gì mà các chất dẫn / chất mang trở nên kém di động hơn vì mạng tinh thể silicon bắt đầu "rung" do năng lượng nhiệt tăng làm cho các electron và lỗ trống khó truyền qua thiết bị hơn - sự tán xạ phonon quang học tôi tin rằng phsyics gọi nó nhưng tôi có thể sai.
Khi nồng độ chất mang bên trong tăng vượt quá mức pha tạp, bạn sẽ mất kiểm soát điện của thiết bị. Các chất mang bên trong là những chất có trước khi chúng ta xử lý silicon, ý tưởng về chất bán dẫn là chúng ta thêm các chất mang riêng để tạo ra các mối nối pn và những điều thú vị khác mà bóng bán dẫn làm. Silicon đứng đầu khoảng 150degC vì vậy RF tản nhiệt và bộ xử lý tốc độ cao là rất quan trọng vì 150degC không quá khó đạt được trong thực tế. Có một liên kết trực tiếp giữa nồng độ chất mang bên trong và dòng rò của thiết bị.
Giống như các mánh khóe khác đã chỉ ra, đây chỉ là một trong những lý do khiến các con chip thất bại - nó thậm chí có thể đi xuống một thứ đơn giản như một liên kết dây trở nên quá nóng và bật ra khỏi nó, có một danh sách rất nhiều thứ.
Mặc dù dòng rò tăng lên, tôi mong đợi một vấn đề lớn hơn đối với nhiều thiết bị dựa trên MOS là lượng dòng điện đi qua một bóng bán dẫn MOS ở trạng thái "bật" sẽ giảm khi thiết bị nóng lên. Để một thiết bị hoạt động chính xác, một bóng bán dẫn đang chuyển đổi một nút phải có khả năng sạc hoặc xả bất kỳ điện dung tiềm ẩn nào trong phần đó của mạch trước khi mọi thứ khác phụ thuộc vào nút đó đã được chuyển đổi. Giảm khả năng truyền hiện tại của bóng bán dẫn sẽ làm giảm tốc độ chúng có thể sạc hoặc xả các nút. Nếu một bóng bán dẫn không thể sạc hoặc xả một nút đủ trước khi một phần khác của mạch phụ thuộc vào nút đó đã được chuyển đổi, mạch sẽ gặp trục trặc.
Lưu ý rằng đối với các thiết bị NMOS, đã có sự đánh đổi trong thiết kế khi định cỡ các bóng bán dẫn kéo lên thụ động; kéo lên thụ động càng lớn, nút càng nhanh có thể chuyển từ thấp sang cao, nhưng càng lãng phí điện năng mỗi khi nút thấp. Do đó, nhiều thiết bị như vậy đã được vận hành gần rìa của hoạt động chính xác và các trục trặc dựa trên nhiệt là (và đối với thiết bị điện tử cổ điển, vẫn còn) khá phổ biến. Đối với các thiết bị điện tử CMOS thông thường, các vấn đề như vậy thường ít nghiêm trọng hơn; Tôi không có ý tưởng nào trong thực tế về mức độ mà họ đóng vai trò trong những thứ như bộ xử lý đa GHZ.
Để bổ sung cho các câu trả lời hiện có, các mạch ngày nay rất nhạy cảm với hai hiệu ứng lão hóa sau (không chỉ các hiệu ứng này mà còn là các hiệu ứng chính trên các quy trình <150nm):
Bởi vì nhiệt độ làm tăng tính di động của chất mang, nó làm tăng hiệu ứng HCI và NBTI, nhưng nhiệt độ không phải là nguyên nhân chính gây ra NBTI và HCI:
Hai hiệu ứng lão hóa silicon này gây ra cả thiệt hại có thể đảo ngược và không thể đảo ngược đối với các bóng bán dẫn (bằng cách ảnh hưởng / làm suy giảm chất nền cách điện) làm tăng ngưỡng điện áp bóng bán dẫn (Vt). Do đó, bộ phận sẽ yêu cầu điện áp cao hơn để duy trì cùng mức hiệu suất, điều này ngụ ý sự gia tăng nhiệt độ vận hành và, như đã nói trong các bài viết khác, rò rỉ cổng bóng bán dẫn sẽ xảy ra.
Tóm lại, nhiệt độ sẽ không thực sự làm cho phần tuổi nhanh hơn, đó là tần số và điện áp cao hơn (tức là ép xung) sẽ làm cho một phần tuổi. Nhưng lão hóa bóng bán dẫn sẽ đòi hỏi điện áp hoạt động cao hơn làm cho phần nhiệt nhiều hơn.
Corolary: hậu quả của việc ép xung là tăng nhiệt độ và điện áp cần thiết.
Lý do chung khiến các IC thất bại không thể đảo ngược là do kim loại Nhôm bên trong chúng được sử dụng để tạo ra các kết nối giữa các yếu tố khác nhau tan chảy và mở hoặc rút ngắn các thiết bị.
Đúng, dòng điện rò rỉ sẽ tăng lên, nhưng nhìn chung, chính vấn đề không phải là dòng điện rò rỉ, mà là sức nóng mà điều này gây ra và hậu quả là làm hỏng kim loại bên trong IC.
Mạch điện (ví dụ như nguồn điện, trình điều khiển dòng điện cao, v.v.) có thể bị hỏng vì ở điện áp cao, khi trình điều khiển bóng bán dẫn tắt nhanh, dòng điện bên trong được tạo ra gây ra sự cố của thiết bị hoặc phân phối điện không đều bên trong nó gây ra cục bộ sưởi ấm và thất bại kim loại tiếp theo.
Một số lượng lớn (1000) chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại có thể gây ra lỗi do sự không phù hợp giữa sự mở rộng cơ học của IC và gói, cuối cùng làm cho dây liên kết bị rách hoặc phân định vật liệu gói nhựa và sự cố cơ học tiếp theo.
Tất nhiên, một số lượng lớn các thông số kỹ thuật IC chỉ được chỉ định trong một phạm vi nhiệt độ nhất định và chúng có thể không nằm trong thông số kỹ thuật bên ngoài này. Tùy thuộc vào thiết kế, điều này có thể gây ra lỗi hoặc dịch chuyển tham số không thể chấp nhận (trong khi IC nằm ngoài phạm vi nhiệt độ) - điều này có thể xảy ra đối với nhiệt độ cực cao hoặc thấp.