❶ Küsimus: milline on pooljuht{0}}poleeritud räniplaatide maksimaalne töötemperatuur?
Vastus kahel stsenaariumil:
|
Stsenaarium |
Temperatuurivahemik |
Kirjeldus |
|
Tootmise töötlemine |
Kuni umbes 1200 kraadi |
Sellised protsessid nagu oksüdatsioon, difusioon ja lõõmutamine viiakse läbi kõrgel temperatuuril. Ühe räni sulamistemperatuur on 1414 kraadi ja see on täiesti stabiilne alla 1200 kraadi |
|
Seadme töö on lõpetatud |
Üldiselt ei ületa 175 kraadi |
Kaubandusklass 0–70 kraadi, tööstuslik klass -40–85 kraadi, auto-/sõjandusklass kuni 150–175 kraadi |
❷ Küsimus: Miks on valmisseadmete töötemperatuur palju madalam kui töötlemistemperatuur?
Kolm peamist põhjust:
1. Mitme materjali vananemine
Kiip ei ole valmistatud ainult ränist, see sisaldab ka metallist ühendusi (vask/alumiinium), isoleerivaid dielektrikuid ja pakkematerjale. Kõrge temperatuur kiirendab:
- Metallide elektromigratsioon, mis põhjustab traadi purunemist
- Isoleerivate dielektrikute vananemine, lekkevoolu suurenemine
- Pakkematerjalide pehmenemine ja rike
2. Elektriliste karakteristikute triiv
Pooljuhtseadmete parameetrid on temperatuuri suhtes väga tundlikud:
- Lävipinge triiv, tööpunkt erineb konstruktsioonist
- Kandja mobiilsuse vähenemine, jõudluse vähenemine
- Lekkevoolu eksponentsiaalne suurenemine, kontrollimatu energiatarbimine
- Ajastusvead, vooluringi funktsionaalne rike
3. Energiatarve ja töökindlus
Arrheniuse seaduse järgiiga 10 kraadise temperatuuritõusu korral rikkemäär ligikaudu kahekordistub. Kaasaegsetel kiipidel on juba suur energiatarve ja kui kombineerida-kõrge temperatuuriga keskkondadega, muutub soojuse hajumine keeruliseks, mis viib eluea järsu vähenemiseni.
❸ Küsimus: kas räniplaadi paksuse ja temperatuuritaluvuse vahel on oluline seos?
Väga vähe suhet:
- Valmistoote töötemperatuuri piiride puhul: peaaegu ebaoluline. Töötemperatuuri piirang tuleneb pakendist, metallühendustest ja seadme disainist ning sellel on vähe seost räniplaadi paksusega.
- Paksudel ränivahvlitel on tegelikult veidi parem soojuse hajumine. Täiustatud protsessid teostavad sageli tagakülje hõrenemist (jahvatatakse alla 100 μm), et parandada soojuse hajumist, mitte seetõttu, et paksudel vahvlitel puudub temperatuurikindlus.
- Tootmisprotsesside jaoks: paksudel ränivahvlitel on suurem soojusmahtuvus, aeglasem soojenemine ja jahutamine, kuid vajavad ainult protsessiaja kompensatsiooni reguleerimist. See ei mõjuta temperatuurikindlust ja paksud räniplaadid taluvad endiselt 1200 kraadi kõrgeid temperatuure.
Järeldus: räniplaadi paksus mõjutab peamiselt mehaanilist tugevust, soojuse hajumist ja pakkimist, see ei mõjuta temperatuurikindluse piiri.
Põhiteadmiste punktide kokkuvõte
- Räni ise on väga kõrge temperatuurikindel, 1200-kraadine protsessitemperatuur on ülempiir, kusjuures sulamistemperatuurist jääb alla veel 200 kraadi.
- Valmistoodete töötemperatuuri ei piira mitte räni ise, vaid muud materjalid väljaspool räni ja seadme elektrilised omadused.
- Paksus ei mõjuta temperatuurikindlust, see mõjutab ainult soojuse hajumist ja töötlemistehnoloogiat.
- Temperatuur on pooljuhtseadmete töökindluse tapja number üks ning disaini töötemperatuurid on seatud eluea ja stabiilsuse tagamiseks.
