Temp maximum de fonctionnement des circuits intégrés

Pourquoi tant de circuits intégrés ont une plage de température maximale de 125 ° C? Est-ce dû aux tolérances du matériau d'emballage, c'est-à-dire les boîtiers en plastique noir et / ou l'époxy de liaison qui maintient la matrice sur l'emballage et / ou autre chose?

Toutes les caractéristiques des semi-conducteurs sont affectées par les statistiques de Boltzman concernant les densités des porteurs de charge par rapport à la température. Plus il est chaud, plus il y a de porteurs intrinsèques, à un moment donné, la concentration intrinsèque des porteurs devient si élevée que tout dopage (type n vs type p) est anéanti. C'est à des températures élevées.

Un conducteur a la particularité que lorsque vous le chauffez, les porteurs sont plus mobiles et entrent en collision plus et la résistance augmente. Un semi-conducteur a la caractéristique que lorsque vous le chauffez, plus de porteurs sont présents et la résistance diminue.

Il est donc naturel de voir qu'il y a des limites. Pourquoi en particulier ces températures, je ne sais pas, je suis sûr que quelqu'un trouvera la réponse historique. Cependant, il est très clair qu'une certaine température doit être sélectionnée, car si vous concevez pour une plage de température très large, une autre mesure de performance sera compromise, comme la vitesse ou les marges.

Les conceptions sont spécifiées sur ce que l'on appelle les coins PVT, comme dans les cas d'angle Process, Temperature et Voltage.

La plage de température militaire pour le fonctionnement des circuits intégrés au silicium (circuits intégrés ou puces) est de -55 ° C à + 125 ° C, ce qui est censé garantir un fonctionnement dans pratiquement toutes les situations de terrain, avec beaucoup de marge (125 ° C est 25% plus chaud que le point d'ébullition de l'eau). ).

Les autres gammes standard pour les CI sont de -40C à + 125C pour l'Automobile, de -40C à + 85C pour l'Industriel et de 0C à + 70C pour le Commercial (par exemple des puces dans des téléviseurs). Il existe des variations dans ces normes, par exemple, certains appareils automobiles peuvent s'étendre à + 130 ° C ou plus, et les puces CPU hautes performances dans les ordinateurs personnels peuvent être limitées à + 55 ° C.

L'emballage d'une puce est choisi en fonction de la plage de température nominale de la puce et est généralement soit en plastique pour les appareils à basse température et en céramique pour les températures plus élevées. Les emballages en céramique ont également une étanchéité supérieure et peuvent avoir la possibilité de s'accoupler avec un dissipateur thermique externe pour refroidir l'emballage.

Le silicium à partir duquel les circuits intégrés sont fabriqués a une limite au-delà de laquelle la chaleur générée par les circuits de la puce ne peut pas traverser le silicium et sortir de la puce assez rapidement pour éviter des dommages permanents, indépendamment des méthodes de dissipation de chaleur externe (dissipateurs thermiques). Plus le signal d'horloge est rapide pour une puce numérique telle qu'un processeur, plus il génère de chaleur car le signal d'horloge passe plus de temps dans la région de transition entre les états logiques haut et bas. Les transitions d'horloge sont la seule fois où un circuit numérique typique génère une chaleur importante, donc plus de chaleur est générée à mesure que la vitesse d'horloge augmente. Une limite supérieure typique pour la vitesse d'horloge dans les circuits intégrés au silicium est d'environ 4 GHz (4 000 MHz), mais certains appareils spécialisés peuvent être cadencés beaucoup plus rapidement.