Nhiệt độ hoạt động tối đa của IC

Tại sao nhiều IC có phạm vi nhiệt độ tối đa 125C? Có phải là do dung sai vật liệu đóng gói, tức là vỏ nhựa màu đen và / hoặc epoxy liên kết giữ khuôn cho gói và / hoặc cái gì khác?

Tất cả các đặc tính bán dẫn bị ảnh hưởng bởi thống kê Boltzman liên quan đến mật độ hạt tải điện liên quan đến nhiệt độ. Càng nóng thì càng có nhiều chất mang bên trong, đến một lúc nào đó, nồng độ chất mang bên trong tăng cao đến mức mọi doping (loại n so với loại p) bị xóa sạch. Đó là ở nhiệt độ cao.

Một dây dẫn có đặc điểm là khi bạn làm nóng nó, các sóng mang di động nhiều hơn và va chạm nhiều hơn và điện trở tăng lên. Một chất bán dẫn có đặc điểm là khi bạn làm nóng nó, có nhiều chất mang hơn và điện trở giảm.

Vì vậy, thật tự nhiên khi thấy rằng có những giới hạn. Tại sao đặc biệt là những nhiệt độ đó, tôi không biết, tôi chắc chắn ai đó sẽ đưa ra câu trả lời lịch sử. Tuy nhiên, rất cần phải chọn một số nhiệt độ, bởi vì nếu bạn thiết kế cho một phạm vi nhiệt độ rất rộng thì một số chỉ số hiệu suất khác sẽ bị tổn hại, như tốc độ hoặc lề.

Các thiết kế được chỉ định trên các góc được gọi là góc PVT, như trong các trường hợp góc Quá trình, Nhiệt độ và Điện áp.

Phạm vi nhiệt độ quân sự để vận hành các mạch tích hợp silicon (IC hoặc chip) là -55C đến + 125C, có nghĩa là đảm bảo hoạt động trong hầu hết mọi tình huống, với nhiều lề (125C nóng hơn 25% so với nhiệt độ sôi của nước ).

Các phạm vi tiêu chuẩn khác cho IC là -40C đến + 125C cho Ô tô, -40C đến + 85C cho Công nghiệp và 0C đến + 70C cho Thương mại (ví dụ: chip trong TV). Có các biến thể trong các tiêu chuẩn này, ví dụ một số thiết bị ô tô có thể mở rộng đến + 130C hoặc cao hơn và chip CPU hiệu suất cao trong máy tính gia đình có thể bị giới hạn ở + 55C.

Bao bì của chip được chọn theo phạm vi nhiệt độ định mức của chip và thường là nhựa cho các thiết bị nhiệt độ thấp hơn và gốm cho nhiệt độ cao hơn. Các gói gốm cũng có độ kín cao cấp và có thể có điều kiện giao phối với tản nhiệt bên ngoài để làm mát gói.

Silic mà IC được tạo ra có giới hạn vượt quá nhiệt mà mạch tạo ra của chip không thể truyền qua silicon và ra khỏi chip đủ nhanh để ngăn ngừa thiệt hại vĩnh viễn, bất kể phương pháp tản nhiệt bên ngoài (tản nhiệt). Tín hiệu xung nhịp cho chip kỹ thuật số như CPU ​​càng nhanh, nó càng tạo ra nhiều nhiệt vì tín hiệu đồng hồ dành nhiều thời gian hơn trong vùng chuyển tiếp giữa trạng thái logic cao và thấp. Chuyển đổi đồng hồ là lần duy nhất một mạch kỹ thuật số thông thường tạo ra nhiệt đáng kể, do đó nhiệt được tạo ra nhiều hơn khi tốc độ đồng hồ được tăng lên. Giới hạn trên điển hình cho tốc độ xung nhịp trong IC silicon là khoảng 4 GHz (4.000 MHz) nhưng một số thiết bị chuyên dụng có thể được chạy nhanh hơn nhiều.