芯片的研發工作已經是現階段最令工程師頭禿的事情了,其實在芯片研發領域,還有一些工程師為了芯片的可靠性在做各類試驗,目的就是為了芯片能在各種環境溫度下能持續高精度的運行。下面就來看看高溫/低溫環境對芯片的可靠性會產生哪些影響。
環境溫度是導致芯片失效的重要因素
芯片粘著材料可以確保將硅連接至封裝或基板。許多在標準溫度范圍能夠穩定使用的材料都具有較低的玻璃化轉變溫度(TG),不適合在高溫下工作。對芯片、芯片粘著材料和基板的熱膨脹系數(CTE)進行匹配時需要特別注意,以防止芯片在寬溫度范圍內反復工作時受到應力或斷裂。芯片上即便受到少量的機械應力,也可能會導致電氣參數發生變化,達到精密應用不可接受的水平。對于需要采用熱連接和電氣連接連接至封裝基板的功率器件,可能需要使用金屬芯片粘著材料。
溫度變化對半導體器件的影響
構成雙極型半導體器件的基本單元P-N結對溫度的變化很敏感,當P-N結反向偏置時,由少數載流子形成的反向漏電流受溫度的變化影響,其關系為:
式中:ICQ―――溫度T0C時的反向漏電流
ICQR――溫度TR℃時的反向漏電流
T-TR――溫度變化的絕對值
由上式可以看出,溫度每升高10℃,ICQ將增加一倍。這將造成晶體管放大器的工作點發生漂移、晶體管電流放大系數發生變化、特性曲線發生變化,動態范圍變小。
溫度與允許功耗的關系如下:
式中:PCM―――最大允許功耗
TjM―――最高允許結溫
T――――使用環境溫度
RT―――熱阻
由上式可以看出,溫度的升高將使晶體管的最大允許功耗下降。
許多(包括成熟與新興)應用都需要能夠在極端高溫環境下工作的器件。過去,由于缺少額定值能夠在此類惡劣環境下工作的器件,設計這種可靠的系統十分困難。而現在,通過
環境可靠性試驗的不斷驗證,不斷對產品進行優化改進,高性能系統在與之前可行環境相比更加極端的環境下可靠工作。