¿Por qué tantos IC tienen un rango de temperatura máxima de 125C? ¿Es debido a las tolerancias del material de embalaje, es decir, las cajas de plástico negro y / o el epoxi de unión que sujeta el troquel al paquete y / o algo más?
¿Por qué tantos IC tienen un rango de temperatura máxima de 125C? ¿Es debido a las tolerancias del material de embalaje, es decir, las cajas de plástico negro y / o el epoxi de unión que sujeta el troquel al paquete y / o algo más?
Todas las características de los semiconductores se ven afectadas por las estadísticas de Boltzman que relacionan las densidades del portador de carga con respecto a la temperatura. Cuanto más caliente es la cantidad de portadores más intrínsecos, en algún punto la concentración de portadores intrínsecos es tan alta que cualquier dopaje (tipo n vs. tipo p) se elimina. Eso es a altas temperaturas.
Un conductor tiene la característica de que a medida que lo calientas, los transportadores son más móviles y chocan más y la resistencia aumenta. Un semiconductor tiene la característica de que a medida que se calienta, hay más portadores y la resistencia disminuye.
Así que es natural ver que hay límites. Por qué particularmente esas temperaturas, no sé, estoy seguro de que alguien tendrá la respuesta histórica. Sin embargo, es muy importante que se deba seleccionar un poco de temperatura, ya que si diseña para un rango de temperatura muy amplio, se comprometerán otras métricas de rendimiento, como la velocidad o los márgenes.
Los diseños se especifican en lo que se conoce como esquinas PVT, como en los casos de esquinas de proceso, temperatura y voltaje.
El rango de temperatura militar para el funcionamiento de los circuitos integrados de silicio (circuitos integrados o chips) es de -55 ° C a +125 ° C, lo que garantiza el funcionamiento en prácticamente cualquier situación de campo, con mucho margen (125 ° C es 25% más caliente que la ebullición punto de agua).
Otros rangos estándar para IC son -40C a + 125C para Automoción, -40C a + 85C para Industrial, y 0C a + 70C para Comercial (por ejemplo, chips en televisores). Existen variaciones en estos estándares, por ejemplo, algunos dispositivos automotrices pueden extenderse a + 130C o más, y los chips de CPU de alto rendimiento en computadoras domésticas pueden limitarse a + 55C.
El empaque de un chip se elige de acuerdo con el rango de temperatura nominal del chip y generalmente es de plástico para dispositivos de temperatura más baja y de cerámica para temperatura más alta. Los paquetes de cerámica también tienen un sellado superior y pueden prever el acoplamiento con un disipador de calor externo para enfriar el paquete.
El silicio a partir del cual se fabrican los circuitos integrados tiene un límite a partir del cual el calor generado por el circuito del chip no puede fluir a través del silicio y salir del chip lo suficientemente rápido para evitar daños permanentes, independientemente de los métodos externos de disipación de calor (disipadores de calor) . Cuanto más rápida sea la señal de reloj para un chip digital como una CPU, más calor se genera porque la señal de reloj pasa más tiempo en la región de transición entre los estados lógicos alto y bajo. Las transiciones de reloj son la única vez que un circuito digital típico genera un calor significativo, por lo que se genera más calor a medida que aumenta la velocidad del reloj. Un límite superior típico para la velocidad del reloj en circuitos integrados de silicio es de alrededor de 4 GHz (4,000 MHz), pero algunos dispositivos especializados pueden cronometrarse mucho más rápido.
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