2021-08-25

高温对芯片可靠性的影响

芯片的研发工作已经是现阶段最令工程师头秃的事情了,其实在芯片研发领域,还有一些工程师为了芯片的可靠性在做各类试验,目的就是为了芯片能在各种环境温度下能持续高精度的运行。下面就来看看高温/低温环境对芯片的可靠性会产生哪些影响。
 
 
环境温度是导致芯片失效的重要因素
芯片粘着材料可以确保将硅连接至封装或基板。许多在标准温度范围能够稳定使用的材料都具有较低的玻璃化转变温度(TG),不适合在高温下工作。对芯片、芯片粘着材料和基板的热膨胀系数(CTE)进行匹配时需要特别注意,以防止芯片在宽温度范围内反复工作时受到应力或断裂。芯片上即便受到少量的机械应力,也可能会导致电气参数发生变化,达到精密应用不可接受的水平。对于需要采用热连接和电气连接连接至封装基板的功率器件,可能需要使用金属芯片粘着材料。
 
温度变化对半导体器件的影响
构成双极型半导体器件的基本单元P-N结对温度的变化很敏感,当P-N结反向偏置时,由少数载流子形成的反向漏电流受温度的变化影响,其关系为:
式中:ICQ―――温度T0C时的反向漏电流
ICQR――温度TR℃时的反向漏电流
T-TR――温度变化的绝对值
由上式可以看出,温度每升高10℃,ICQ将增加一倍。这将造成晶体管放大器的工作点发生漂移、晶体管电流放大系数发生变化、特性曲线发生变化,动态范围变小。
温度与允许功耗的关系如下:
式中:PCM―――最大允许功耗
TjM―――最高允许结温
T――――使用环境温度
RT―――热阻
由上式可以看出,温度的升高将使晶体管的最大允许功耗下降。
高温试验箱

 
许多(包括成熟与新兴)应用都需要能够在极端高温环境下工作的器件。过去,由于缺少额定值能够在此类恶劣环境下工作的器件,设计这种可靠的系统十分困难。而现在,通过环境可靠性试验的不断验证,不断对产品进行优化改进,高性能系统在与之前可行环境相比更加极端的环境下可靠工作。

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