อุณหภูมิการทำงานสูงสุดของ IC

เหตุใด IC จำนวนมากจึงมีช่วงอุณหภูมิสูงสุดที่ 125C มันเกิดจากความทนทานต่อวัสดุบรรจุภัณฑ์เช่นเปลือกพลาสติกสีดำและ / หรืออีพ็อกซี่ยึดติดที่บรรจุแม่พิมพ์และ / หรืออย่างอื่น

ลักษณะกึ่งตัวนำทั้งหมดได้รับผลกระทบจากสถิติ Boltzman ที่เกี่ยวข้องกับความหนาแน่นของผู้ให้บริการที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิ ยิ่งร้อนก็ยิ่งมีพาหะภายในมากขึ้นในบางจุดความเข้มข้นของพาหะภายในจะสูงมากจนทำให้ยาสลบ (n-type vs. p-type) ถูกกำจัดออกไป นั่นคือที่อุณหภูมิสูง

ตัวนำมีคุณสมบัติที่ทำให้คุณร้อนผู้ให้บริการจะเคลื่อนที่ได้มากขึ้นและชนกันมากขึ้นและมีความต้านทานเพิ่มขึ้น Semi-conductor มีลักษณะที่เมื่อคุณร้อนขึ้นจะมีพาหะเพิ่มขึ้นและความต้านทานลดลง

ดังนั้นจึงเป็นเรื่องธรรมดาที่จะเห็นว่ามีข้อ จำกัด ทำไมโดยเฉพาะอุณหภูมิเหล่านั้นฉันไม่รู้ฉันแน่ใจว่าจะมีบางคำตอบในประวัติศาสตร์ อย่างไรก็ตามมันเป็นดาวที่ต้องเลือกอุณหภูมิมากเพราะถ้าคุณออกแบบสำหรับช่วงอุณหภูมิที่กว้างมากการวัดประสิทธิภาพอื่น ๆ จะลดลงเช่นความเร็วหรือระยะขอบ

การออกแบบที่ระบุไว้ในสิ่งที่เรียกว่ามุม PVT เช่นในกรณีมุมกระบวนการอุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้า

ช่วงอุณหภูมิทางทหารสำหรับการทำงานของวงจรรวมซิลิกอน (ไอซีหรือชิป) คือ -55C ถึง + 125C ซึ่งมีความหมายเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานในแทบทุกสถานการณ์ในสนามโดยมีระยะขอบมากมาย (125C นั้นร้อนกว่า 25%) )

ช่วงมาตรฐานอื่น ๆ สำหรับไอซีคือ -40C ถึง + 125C สำหรับยานยนต์, -40C ถึง + 85C สำหรับอุตสาหกรรมและ 0C ถึง + 70C เพื่อการพาณิชย์ (เช่นชิปในชุดทีวี) มีความหลากหลายในมาตรฐานเหล่านี้ตัวอย่างเช่นอุปกรณ์ยานยนต์บางรุ่นอาจขยายไปถึง + 130C หรือสูงกว่าและชิปซีพียูประสิทธิภาพสูงในคอมพิวเตอร์ที่บ้านอาจถูก จำกัด ไว้ที่ + 55C

บรรจุภัณฑ์ของชิปจะถูกเลือกตามช่วงอุณหภูมิที่กำหนดของชิปและโดยทั่วไปจะเป็นพลาสติกสำหรับอุปกรณ์ที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าและเซรามิกสำหรับอุณหภูมิที่สูงขึ้น แพคเกจเซรามิกยังมีการปิดผนึกที่เหนือกว่าและอาจมีข้อกำหนดสำหรับการผสมพันธุ์กับแผงระบายความร้อนภายนอกเพื่อทำให้บรรจุภัณฑ์เย็นลง

ซิลิคอนที่ทำจากไอซีนั้นมีขีด จำกัด เกินกว่าที่ความร้อนที่เกิดจากวงจรของชิปไม่สามารถไหลผ่านซิลิคอนและออกจากชิปเร็วพอที่จะป้องกันความเสียหายถาวรโดยไม่คำนึงถึงวิธีการระบายความร้อนภายนอก (sinks ความร้อน) ยิ่งสัญญาณนาฬิกาเร็วขึ้นสำหรับชิปดิจิตอลเช่น CPU ความร้อนจะเกิดขึ้นเนื่องจากสัญญาณนาฬิกาใช้เวลามากขึ้นในช่วงการเปลี่ยนภาพระหว่างสถานะลอจิกสูงและต่ำ การเปลี่ยนนาฬิกาเป็นเพียงครั้งเดียวที่วงจรดิจิตอลทั่วไปสร้างความร้อนอย่างมีนัยสำคัญดังนั้นจึงเกิดความร้อนมากขึ้นเมื่อความเร็วสัญญาณนาฬิกาเพิ่มขึ้น ขีด จำกัด สูงสุดทั่วไปของความเร็วสัญญาณนาฬิกาในซิลิคอนไอซีนั้นอยู่ที่ประมาณ 4 GHz (4,000 MHz) แต่อุปกรณ์พิเศษบางอย่างสามารถโอเวอร์คล็อกได้เร็วกว่ามาก