Material del tema: característiques de temperatura de les hòsties de silici semiconductors - des del processament fins als productes acabats

❶ Pregunta: Quina és la temperatura màxima de funcionament de les hòsties de silici polit de grau-de semiconductors?

Respon en dos escenaris:
 

❷ Pregunta: Per què la temperatura de funcionament dels dispositius acabats és molt inferior a la temperatura de processament?

Tres raons bàsiques:

1.Envelliment de múltiples materials

Un xip no només està fet de silici, també conté interconnexions metàl·liques (coure/alumini), dielèctrics aïllants i materials d'embalatge. Les altes temperatures acceleren:

• Electromigració de metalls, donant lloc a la ruptura del cable
• Envelliment dels dielèctrics aïllants, augmentant el corrent de fuga
• Suavització i fallada dels materials d'embalatge

2.Deriva de les característiques elèctriques

Els paràmetres dels dispositius semiconductors són molt sensibles a la temperatura:

• Deriva de la tensió llindar, el punt de funcionament es desvia del disseny
• Disminució de la mobilitat del transportista, reducció del rendiment
• Augment exponencial del corrent de fuga, consum d'energia sense control
• Errors de temporització, fallada funcional del circuit

3. Consum d'energia i fiabilitat
Segons la llei d'Arrhenius,per cada augment de temperatura de 10 graus, la taxa de fallada es duplica aproximadament. Els xips moderns ja tenen un gran consum d'energia i, quan es combinen amb entorns d'alta-temperatura, la dissipació de la calor es fa difícil, la qual cosa comporta una forta reducció de la vida útil.

❸ Pregunta: hi ha una relació significativa entre el gruix de l'hòstia de silici i la resistència a la temperatura?

Molt poca relació:

• Per als límits de temperatura de funcionament del producte acabat: Gairebé irrellevant. El límit de temperatura de funcionament prové de l'embalatge, les interconnexions metàl·liques i el disseny del dispositiu, i té poca relació amb el gruix de l'hòstia de silici.
• Les hòsties de silici gruixudes tenen una dissipació de calor lleugerament millor. Els processos avançats sovint realitzen un aprimament posterior (molt per sota de 100 μm) per millorar la dissipació de la calor, no perquè les hòsties gruixudes no tinguin resistència a la temperatura.
• Per als processos de fabricació: les hòsties de silici gruixudes tenen una capacitat de calor més gran, un escalfament i un refredament més lent, però només requereixen un ajust de la compensació del temps de procés. No afecta la resistència a la temperatura i les hòsties de silici gruixudes encara poden suportar altes temperatures de 1200 graus.

Conclusió: el gruix de l'hòstia de silici afecta principalment la resistència mecànica, la dissipació de calor i l'embalatge, no afecta el límit de resistència a la temperatura.

Resum dels punts clau de coneixement

1. El silici en si és molt resistent a la temperatura, la temperatura de procés de 1200 graus és el límit superior, amb un marge de 200 graus per sota del punt de fusió.
2. El que limita la temperatura de funcionament dels productes acabats no és el silici en si, sinó altres materials fora del silici i les característiques elèctriques del dispositiu.
3. El gruix no afecta la resistència a la temperatura, només afecta la tecnologia de processament i dissipació de calor.
4. La temperatura és l'assassí número u de la fiabilitat dels dispositius semiconductors, i les temperatures de funcionament del disseny s'estableixen per garantir la vida útil i l'estabilitat.