Temp operasi IC maksimum

Mengapa begitu banyak IC yang memiliki kisaran suhu maksimum 125C? Apakah karena toleransi bahan kemasan, yaitu selungkup plastik hitam dan / atau ikatan epoksi yang menahan cetakan ke paket dan / atau yang lainnya?

Semua karakteristik semi-konduktor dipengaruhi oleh statistik Boltzman yang menghubungkan kepadatan pembawa muatan sehubungan dengan suhu. Semakin panas itu semakin banyak pembawa intrinsik hadir, pada beberapa titik konsentrasi pembawa intrinsik menjadi begitu tinggi sehingga setiap doping (tipe-n vs tipe-p) akan terhapus. Itu pada suhu tinggi.

Konduktor memiliki karakteristik bahwa ketika Anda memanaskannya, pembawa lebih mobile dan bertabrakan lebih banyak dan resistensi naik. Semi-konduktor memiliki karakteristik bahwa saat Anda memanaskannya, lebih banyak pembawa hadir dan resistansi turun.

Jadi wajar untuk melihat bahwa ada batasannya. Mengapa terutama suhu itu, saya tidak tahu, saya yakin seseorang akan datang dengan jawaban historis. Namun, sangat selar bahwa beberapa suhu harus dipilih, karena jika Anda merancang untuk rentang suhu yang sangat luas maka beberapa metrik kinerja lainnya akan dikompromikan, seperti kecepatan atau margin.

Desain ditentukan berdasarkan apa yang disebut sudut PVT, seperti pada kasus sudut Proses, Suhu dan Tegangan.

Kisaran suhu militer untuk pengoperasian sirkuit terpadu silikon (IC atau chip) adalah -55C hingga + 125C, yang dimaksudkan untuk memastikan operasi di hampir semua situasi lapangan, dengan banyak margin (125C 25% lebih panas daripada titik didih air) ).

Rentang standar lainnya untuk IC adalah -40C hingga + 125C untuk Otomotif, -40C hingga + 85C untuk Industri, dan 0C hingga + 70C untuk Komersial (mis. Keripik pada perangkat TV). Ada variasi dalam standar ini, misalnya beberapa perangkat otomotif dapat meluas ke + 130C atau lebih tinggi, dan chip CPU berkinerja tinggi di komputer rumah mungkin terbatas pada + 55C.

Kemasan sebuah chip dipilih sesuai dengan kisaran suhu chip dan biasanya plastik untuk perangkat suhu yang lebih rendah dan keramik untuk suhu yang lebih tinggi. Paket keramik juga memiliki penyegelan superior dan mungkin memiliki ketentuan untuk kawin dengan pendingin eksternal untuk mendinginkan paket.

Silikon dari mana IC dibuat memiliki batas di luar panas yang dihasilkan oleh sirkuit chip tidak dapat mengalir melalui silikon dan keluar dari chip cukup cepat untuk mencegah kerusakan permanen, terlepas dari metode pembuangan panas eksternal (heat sink). Semakin cepat sinyal clock untuk chip digital seperti CPU, semakin banyak panas yang dihasilkan karena sinyal clock menghabiskan lebih banyak waktu di wilayah transisi antara kondisi logika tinggi dan rendah. Transisi jam adalah satu-satunya saat sirkuit digital tipikal menghasilkan panas yang signifikan, sehingga lebih banyak panas dihasilkan ketika kecepatan jam meningkat. Batas atas tipikal untuk kecepatan clock dalam IC silikon adalah sekitar 4 GHz (4.000 MHz) tetapi beberapa perangkat khusus dapat clock lebih cepat.