Температурный диапазон микросхем Опции

[Prowler]

Подскажите пожалуйста, либо ткните ссылкой где почитать:
От чего зависит нижняя граница температурного диапазона? Почему у нас военка идет до минус 60, а за рубежом минус 55? Это определяется технологией изготовления или просто стандартом на испытания? Какие физические дефекты могут проявиться при работе и повлиять на отказ?

[Alex255]

Подскажите пожалуйста, либо ткните ссылкой где почитать:
От чего зависит нижняя граница температурного диапазона? Почему у нас военка идет до минус 60, а за рубежом минус 55? Это определяется технологией изготовления или просто стандартом на испытания? Какие физические дефекты могут проявиться при работе и повлиять на отказ?

Физически свойства полупроводниковых приборов ухудшаются при охлаждении из-за уменьшения концентрации основных носителей. Ну а порог определяется стандартом. У нас как известно не тропики, вот и приняли меньше некуда...

[Prowler]

Физически свойства полупроводниковых приборов ухудшаются при охлаждении из-за уменьшения концентрации основных носителей. Ну а порог определяется стандартом. У нас как известно не тропики, вот и приняли меньше некуда...

т.е. наши ничего специально не делают для расширения диапазона? и в принципе можно использовать зарубежные полупроводники на минус 60?

[zzzzzzzz]

т.е. наши ничего специально не делают для расширения диапазона? и в принципе можно использовать зарубежные полупроводники на минус 60?

Да делают, если надо. В принципе, для современных технологий большой минус- не проблема. Так как концентрации примесей очень высоки, а рабочие поля большие. Я лично не проверял, но, уверен, субмикронный КМОП будет нормально работать и при -200.
Самое серьезное ограничение здесь в другом - корпус.
Пластмасса может трескаться уже при -40.
Поэтому для ВП - только металлокерамика.
То есть, для сверхнизких температур обязателен расчет (и проведение испытаний) конструкции, в которой используется кристалл.
Становится весьма важным сочетание температурных коэффициентов расширения материалов конструкции и самого кристалла.
Это справедливо и для высоких температур.

А насчет происхождения -60 - это самая низкая температура для России. Отсюда и стандарт. Похоже, в этой цифре уже заложена именно оборонительная политика! А вот -55 - странная цифра для США, например....
Хотя, это, наверное, от Канады идет. НАТО, понимаешь.....

[Prowler]

Да делают, если надо. В принципе, для современных технологий большой минус- не проблема. Так как концентрации примесей очень высоки, а рабочие поля большие. Я лично не проверял, но, уверен, субмикронный КМОП будет нормально работать и при -200.
Самое серьезное ограничение здесь в другом - корпус.
Пластмасса может трескаться уже при -40.
Поэтому для ВП - только металлокерамика.

Как мне кажется не корпус определяет морозоустойчивость, т.к. даже для обычных пластмассовых микросхем пишут температуру хранения минус 65, а рабочую минус 55 или минус 40.

П.С. Вообще-то в россии в районе оймякона-верхоянска иногда и ниже 70 опускается, там самое холодное место на земле. А у америки есть еще аляска.

[zzzzzzzz]

Как мне кажется не корпус определяет морозоустойчивость, т.к. даже для обычных пластмассовых микросхем пишут температуру хранения минус 65, а рабочую минус 55 или минус 40.

П.С. Вообще-то в россии в районе оймякона-верхоянска иногда и ниже 70 опускается, там самое холодное место на земле. А у америки есть еще аляска.

Да, извиняюсь - про Аляску забыл совсем....
Возможно, -60 - это то, что еще способен вынести какое-то необходимое время человек. По крайней мере, людей, "гулявших" на улице при -60 я знаю. А при -70 - нет (что-то с ними стало?) :-)

Вы не путаете "обычные" с милитари? -55 - это военный диапазон у них.
У коммерции и индустриала не может быть хранение до -65. Они все растрескуются 100%.

А определяет именно конструкция. И разварка (проволочки), или шарики.
Для большого диапазона, повторюсь, нужно хорошее соответствие между тепловыми коэффициентами расширения используемых в конструкции материалов. А иначе - трещины и разрывы неизбежны, увы.
Клей для кристалла - тоже очень критично.
Особенно это становится актуально для космических аппаратов - там диапзон от -200 до +200 - обычное дело. Поэтому электроника термостатируется, как правило.

[Lonesome Wolf]

...
У коммерции и индустриала не может быть хранение до -65. Они все растрескуются 100%.

А определяет именно конструкция. И разварка (проволочки), или шарики.
Для большого диапазона, повторюсь, нужно хорошее соответствие между тепловыми коэффициентами расширения используемых в конструкции материалов. А иначе - трещины и разрывы неизбежны, увы.
Клей для кристалла - тоже очень критично.
Особенно это становится актуально для космических аппаратов - там диапзон от -200 до +200 - обычное дело. Поэтому электроника термостатируется, как правило.

Позволю не согласиться. Для достижения минимума шумов у нас народ HEMT-ы - обычные, коммерческие, пластик от -40 град - засовывает и в жидкий азот и до 15К компрессией догоняет - и не слышал я жалобы на растрескивание корпуса. Говорят, в массовом производстве - случается, но это проценты.
А вот как его поставить - это знать надо

[Alex255]

Да, извиняюсь - про Аляску забыл совсем....
Возможно, -60 - это то, что еще способен вынести какое-то необходимое время человек. По крайней мере, людей, "гулявших" на улице при -60 я знаю. А при -70 - нет (что-то с ними стало?) :-)

Вы не путаете "обычные" с милитари? -55 - это военный диапазон у них.
У коммерции и индустриала не может быть хранение до -65. Они все растрескуются 100%.

А определяет именно конструкция. И разварка (проволочки), или шарики.
Для большого диапазона, повторюсь, нужно хорошее соответствие между тепловыми коэффициентами расширения используемых в конструкции материалов. А иначе - трещины и разрывы неизбежны, увы.
Клей для кристалла - тоже очень критично.
Особенно это становится актуально для космических аппаратов - там диапзон от -200 до +200 - обычное дело. Поэтому электроника термостатируется, как правило.

Температура хранения от -65 дело весьма обычное. Даже если рабочее от -40.
Сделать полевик на -200... На кремнии затруднительно, температуры истощения примесей прорядка 100К и несколько выше. Если подобрать полупроводники и примесь специально... Все равно на грани. Можент на германии, там типичные температуры истощения в районе 50К вполне типичны.

Сообщение отредактировал Alex255 - Sep 17 2007, 14:13

[-=Sergei=-]

Позволю не согласиться. Для достижения минимума шумов у нас народ HEMT-ы - обычные, коммерческие, пластик от -40 град - засовывает и в жидкий азот и до 15К компрессией догоняет - и не слышал я жалобы на растрескивание корпуса. Говорят, в массовом производстве - случается, но это проценты.
А вот как его поставить - это знать надо

Может и не треснет. Вопрос как вы это заказчику доказываете ?
"засовывает и в жидкий азот и до 15К компрессией догоняет - и не слышал я жалобы на растрескивание"
А если это все потом на борту треснет и ......

Сажать кого будут, того кто в азот засовывал ?

[Lonesome Wolf]

Может и не треснет. Вопрос как вы это заказчику доказываете ?
"засовывает и в жидкий азот и до 15К компрессией догоняет - и не слышал я жалобы на растрескивание"
А если это все потом на борту треснет и ......

Сажать кого будут, того кто в азот засовывал ?

Вы, очевидно, несколько mixed-up. Я всего лишь приводил пример, опровергающий утверждение:

У коммерции и индустриала не может быть хранение до -65. Они все растрескуются 100%.

И не более того.

[zzzzzzzz]

Ну, давайте не будем ругаться.
Lonesome Wolf, если Вы посмотрите под хорошим микроскопом "засунутые" в азот и извлеченные потом пластмасовые корпуса, - вопросы растрескается или нет отпадут. Будут микротрещины. Другое дело, что они не обязательно сразу приведут к отказу функционирования. Но приведут! Ну и потом, это ж вопрос надежности. Кто такое будет гарантировать? Никто. А пока жалоб может и не быть.....
А если температура меняется туда-сюда в значительном диапазоне, то подключается еще и другой механизм разрушения корпуса.
Плюс разгерметизация кристалла, коррозия, и т.д и т.п.
Короче, нельзя. Но если очень хочется, - то пожалуйста. Тем более в "гражданских" и не дорогих "игрушках".

Для информации - даже на поверхности кристалла большие площади алюминия часто трескаются из-за разности температурных коэффициентов.
Поэтому в DRC иногда оговаривается максимальная сплошная ширина металла.

Alex255, -200 я написал для "красного словца". Более точную минимальную температуру надо измерять для конкретного техпроцесса. В субмикронах концентрации в истоках-стоках уже близки к пределу растворимости. Там и физхимия немного "кривая". Да я и не предлагаю для таких температур использовать что попало.... Специальные технологии есть.

[Lonesome Wolf]

Ну, давайте не будем ругаться.
Lonesome Wolf, если Вы посмотрите под хорошим микроскопом "засунутые" в азот и извлеченные потом пластмасовые корпуса, - вопросы растрескается или нет отпадут. Будут микротрещины. Другое дело, что они не обязательно сразу приведут к отказу функционирования. Но приведут! Ну и потом, это ж вопрос надежности. Кто такое будет гарантировать? Никто. А пока жалоб может и не быть.....
А если температура меняется туда-сюда в значительном диапазоне, то подключается еще и другой механизм разрушения корпуса.
....
Для информации - даже на поверхности кристалла большие площади алюминия часто трескаются из-за разности температурных коэффициентов.
Поэтому в DRC иногда оговаривается максимальная сплошная ширина металла.
....

В действительности все то хозяйство, о котором я упоминал, благополучно функционирует в течении достаточного длительного времени. Я согласен, что термоциклирование - неприятная штука, но опять же, это зависит. Но, IMHO, если размеры кристалла и корпуса достаточно малы, то механические напряжения не должны быть слишком велики, и Ваша информация это косвенно и подтверждает

[Alex255]

В действительности все то хозяйство, о котором я упоминал, благополучно функционирует в течении достаточного длительного времени. Я согласен, что термоциклирование - неприятная штука, но опять же это, это зависит. Но, IMHO, если размеры кристалла и корпуса достаточно малы, то механические напряжения не должны быть слишком велики.

Механические напряжения не от размеров зависят, а от сочетания материалов и технологии (корпусировки например).

[Lonesome Wolf]

Механические напряжения не от размеров зависят, а от сочетания материалов и технологии (корпусировки например).

Речь идет о приведенных величинах. Т.е. приложенных силах, вызывающих или не вызывающих необратимые деформации.

См. выше.

Для информации - даже на поверхности кристалла большие площади алюминия часто трескаются из-за разности температурных коэффициентов.
Поэтому в DRC иногда оговаривается максимальная сплошная ширина металла.
....

Сообщение отредактировал Lonesome Wolf - Sep 18 2007, 07:12

[zzzzzzzz]

В действительности все то хозяйство, о котором я упоминал, благополучно функционирует в течении достаточного длительного времени. Я согласен, что термоциклирование - неприятная штука, но опять же, это зависит. Но, IMHO, если размеры кристалла и корпуса достаточно малы, то механические напряжения не должны быть слишком велики, и Ваша информация это косвенно и подтверждает

Да, конечно, важен абсолютный размер ( :-) ).
Например, эффект "срезания" проводков разварки от термоциклирования (в теле пластика) проявится скорее для кристалла 4х4 мм кв. , чем для 1х1 мм кв.
Экстраполируя: - чип размером с атом вообще не будет существенно изменяться при термоциклировании. А размером с мамонта - вымрет при первом же похолодании..... :-)

[monitor7]

Подскажите пожалуйста, либо ткните ссылкой где почитать:
От чего зависит нижняя граница температурного диапазона? Почему у нас военка идет до минус 60, а за рубежом минус 55? Это определяется технологией изготовления или просто стандартом на испытания? Какие физические дефекты могут проявиться при работе и повлиять на отказ?

Cуществует набор применений, где требуется обеспечить работоспособность ИС до криогенных температур, вплоть до жидкого гелия. Наиболее сложно обеспечить работоспособность аналоговых схем в широком диапазоне температур, с цифровыми - проще. Проблема корпуса ИС решается как с заложником в известном фильме "Скорость", т.е. собственно кристал(ы) не корпусируется.

[Alex255]

Речь идет о приведенных величинах. Т.е. приложенных силах, вызывающих или не вызывающих необратимые деформации.

См. выше.

Приведенная величина это как раз напряжение, а не сила. Сила - это в данном случае ГРАНИЧНОЕ условие для данной системы. А вероятность отказа связана с локальным состоянием, то есть с напряжением. Или Вы считаете что напряжение зависит от размера?
Другое дело, что вероятность отказа большой системы всегда больше чем маленькой. 1х1 против 4х4 - это один к шестнадцати. И напряжения здесь почти не причем.

Cуществует набор применений, где требуется обеспечить работоспособность ИС до криогенных температур, вплоть до жидкого гелия. Наиболее сложно обеспечить работоспособность аналоговых схем в широком диапазоне температур, с цифровыми - проще. Проблема корпуса ИС решается как с заложником в известном фильме "Скорость", т.е. собственно кристал(ы) не корпусируется.

Очень интересно узнать, что это за п/п прибор работает при гелии? Естественно в качестве активного компонента

[zzzzzzzz]

Приведенная величина это как раз напряжение, а не сила. Сила - это в данном случае ГРАНИЧНОЕ условие для данной системы. А вероятность отказа связана с локальным состоянием, то есть с напряжением. Или Вы считаете что напряжение зависит от размера?
Другое дело, что вероятность отказа большой системы всегда больше чем маленькой. 1х1 против 4х4 - это один к шестнадцати. И напряжения здесь почти не причем.


Очень интересно узнать, что это за п/п прибор работает при гелии? Естественно в качестве активного компонента

Имеется в виду вот что:
Допустим, есть пирог из двух материалов, один с ТКР 1.1, а другой с ТКР 1.2.
Длина пирога L
Его нагрели или охладили, и абсолютные размеры стали отличаться на 0.1L
Так вот, если 0.1L окажется достаточно, чтобы "отрезать" проводок разварки, то он непременно будет отрезан. А проводок этот чаще всего 30-40 мкм диаметром. И его не обязательно даже весь смещать - достаточно на несколько микрон порой, и он уже будет не приварен, а "прислонен", и при нагревании может потом отойти с зазором (а при отсутствии герметичности - точно окислится). Так что, абсолютный размер важен также, как и ТКР.
Вы не пробовали вскрывать пластиковые корпуса? Часто видно, что часть алюминия остается на кристалле, а часть - на пластиковой форме. Часть, - потому что есть неравномерность в адгезии. Но основная причина - разный ТКР алюминия и пластика и большие площади алюминия. На малых расстояниях еще спасает пластичность алюминия - он по сути подчиняется изменениям размеров окисла кремния и пластика.

[Lonesome Wolf]

Имеется в виду вот что:
Допустим, есть пирог из двух материалов, один с ТКР 1.1, а другой с ТКР 1.2.
Длина пирога L
Его нагрели или охладили, и абсолютные размеры стали отличаться на 0.1L
Так вот, если 0.1L окажется достаточно, чтобы "отрезать" проводок разварки, то он непременно будет отрезан. А проводок этот чаще всего 30-40 мкм диаметром. И его не обязательно даже весь смещать - достаточно на несколько микрон порой, и он уже будет не приварен, а "прислонен", и при нагревании может потом отойти с зазором (а при отсутствии герметичности - точно окислится). Так что, абсолютный размер важен также, как и ТКР.
Вы не пробовали вскрывать пластиковые корпуса? Часто видно, что часть алюминия остается на кристалле, а часть - на пластиковой форме. Часть, - потому что есть неравномерность в адгезии. Но основная причина - разный ТКР алюминия и пластика и большие площади алюминия. На малых расстояниях еще спасает пластичность алюминия - он по сути подчиняется изменениям размеров окисла кремния и пластика.

Спасибо за разьяснение моей невнятной мысли - именно это я и имел в виду .
А корпуса не вскрывали - не было повода - работало же .

...
Очень интересно узнать, что это за п/п прибор работает при гелии? Естественно в качестве активного компонента

Я же упоминал - HEMT-ы - чем ниже температура, тем лучше работают - это же квантовый прибор в общем и целом.

[Alex255]

"Имеется в виду вот что:
Допустим, есть пирог из двух материалов, один с ТКР 1.1, а другой с ТКР 1.2.
Длина пирога L
Его нагрели или охладили, и абсолютные размеры стали отличаться на 0.1L"
Это мне со школы известно.

"Так вот, если 0.1L окажется достаточно, чтобы "отрезать" проводок разварки, то он непременно будет отрезан. А проводок этот чаще всего 30-40 мкм диаметром. И его не обязательно даже весь смещать - достаточно на несколько микрон порой, и он уже будет не приварен, а "прислонен", и при нагревании может потом отойти с зазором (а при отсутствии герметичности - точно окислится). Так что, абсолютный размер важен также, как и ТКР."
Вы реальную корпусировку знаете? Существует масса методов где проводки (из золота) находятся в газовой атмосфере. А то что вы говорите несколько удивляет - представьте себе процесс корпусировки где пластмасса (керамика) прессуется, остывает и пр. Эти самые провода сорвет еще в процессе если они находятся в теле (материале) корпуса! Вы хоть видели заготовки корпусов?

"Вы не пробовали вскрывать пластиковые корпуса? Часто видно, что часть алюминия остается на кристалле, а часть - на пластиковой форме. Часть, - потому что есть неравномерность в адгезии. Но основная причина - разный ТКР алюминия и пластика и большие площади алюминия. На малых расстояниях еще спасает пластичность алюминия - он по сути подчиняется изменениям размеров окисла кремния и пластика."
Это Вы каким методом вскрывали? Мы тоже делали скажем так - питание в 220 и кристал сам выпрыгивает. И что?
Надо сказать у нас в центре давно ведется тема обратного проектирования. Представляете что это такое? Так вот, корпуса у нас научились вскрывать так, что ИМС остается работоспособной.
Хватит ерунду нести.

Я же упоминал - HEMT-ы - чем ниже температура, тем лучше работают - это же квантовый прибор в общем и целом.

Это Вы про гетеропереходные МОП чтоль? И при чем здесь квантовость? Есть там 2D потенциальная яма, уровни квантуются по зет и что?
Сейчас достаточно много работают над активными элементами, работающими вблизи нуля (космос и пр.), но мы вроде не об этом, а о том, что приборы работающие при комнате будут работать при низких температурах. И наоборот тоже любопытно...

[Lonesome Wolf]

...
Сейчас достаточно много работают над активными элементами, работающими вблизи нуля (космос и пр.), но мы вроде не об этом, а о том, что приборы работающие при комнате будут работать при низких температурах. И наоборот тоже любопытно...

Вы спрашивали о приборах, работающих при гелии. Я ответил. Что непонятно Вам? Мне непонятно (Ваше непонимание, в смысле) .

[Prowler]

Это Вы про гетеропереходные МОП чтоль? И при чем здесь квантовость? Есть там 2D потенциальная яма, уровни квантуются по зет и что?
Сейчас достаточно много работают над активными элементами, работающими вблизи нуля (космос и пр.), но мы вроде не об этом, а о том, что приборы работающие при комнате будут работать при низких температурах. И наоборот тоже любопытно...

Кстати а почему встречается довольно много дискретных биполярных транзисторов с заявленной предельной рабочей температурой минус 65, а у МОП-транзисторов тех же фирм предельная рабочая только минус 55? Это какие-то технологические ограничения присущие МОП?

[zzzzzzzz]

"Имеется в виду вот что:
Допустим, есть пирог из двух материалов, один с ТКР 1.1, а другой с ТКР 1.2.
Длина пирога L
Его нагрели или охладили, и абсолютные размеры стали отличаться на 0.1L"
Это мне со школы известно.

"Так вот, если 0.1L окажется достаточно, чтобы "отрезать" проводок разварки, то он непременно будет отрезан. А проводок этот чаще всего 30-40 мкм диаметром. И его не обязательно даже весь смещать - достаточно на несколько микрон порой, и он уже будет не приварен, а "прислонен", и при нагревании может потом отойти с зазором (а при отсутствии герметичности - точно окислится). Так что, абсолютный размер важен также, как и ТКР."
Вы реальную корпусировку знаете? Существует масса методов где проводки (из золота) находятся в газовой атмосфере. А то что вы говорите несколько удивляет - представьте себе процесс корпусировки где пластмасса (керамика) прессуется, остывает и пр. Эти самые провода сорвет еще в процессе если они находятся в теле (материале) корпуса! Вы хоть видели заготовки корпусов?

"Вы не пробовали вскрывать пластиковые корпуса? Часто видно, что часть алюминия остается на кристалле, а часть - на пластиковой форме. Часть, - потому что есть неравномерность в адгезии. Но основная причина - разный ТКР алюминия и пластика и большие площади алюминия. На малых расстояниях еще спасает пластичность алюминия - он по сути подчиняется изменениям размеров окисла кремния и пластика."
Это Вы каким методом вскрывали? Мы тоже делали скажем так - питание в 220 и кристал сам выпрыгивает. И что?
Надо сказать у нас в центре давно ведется тема обратного проектирования. Представляете что это такое? Так вот, корпуса у нас научились вскрывать так, что ИМС остается работоспособной.
Хватит ерунду нести.

Вы знаете, хамство обычно свидетельствует о некомпетентности.
Изучите технологию литья корпусов - у Вас тут пробел, похоже.
А передиром я закончил заниматься лет 15 тому назад. Чего и Вам желаю.
Самим разрабатывать надо.