Расширить другие ответы.
- Более высокие токи утечки: это может привести к большему количеству проблем с нагревом и может легко привести к тепловому разбегу.
- Соотношение сигнал / шум будет уменьшаться по мере увеличения теплового шума : это может привести к более высокой частоте появления ошибок по битам, это приведет к неправильному чтению программы и неверному толкованию команд. Это может вызвать «случайную» операцию.
- Присадки становятся более мобильными при нагревании. Когда у вас полностью перегретый чип, транзистор может перестать быть транзистором. Это необратимо
- Неравномерный нагрев может привести к разрушению кристаллической структуры Si. Нормальный человек может испытать, подвергая стекло через температурный шок. Это будет круто, немного экстремально, но это иллюстрирует суть. Это необратимо
- Память ПЗУ, которая зависит от заряженной изолированной пластины, может потерять память при повышении температуры. Тепловая энергия, если она достаточно высока, может позволить электронике покинуть заряженный проводник. Это может повредить память программы. Это регулярно случается со мной во время пайки микросхем, которые уже запрограммированы, когда кто-то перегревает чип.
- Потеря транзисторного контроля: при достаточном количестве тепловой энергии ваши электроны могут преодолеть запрещенную зону. Полупроводник - это материал, который имеет небольшую запрещенную зону, так что он легко соединяется с легирующими примесями, но достаточно большой, чтобы требуемая рабочая температура не превращала его в проводник, где зазор меньше, чем тепловая энергия материала. Это упрощение и является основой другого поста, но я хотел добавить его и выразить своими словами.
Есть больше причин, но они делают несколько важных.
Основная проблема, связанная с работой микросхемы при высоких температурах, заключается в значительном увеличении тока утечки отдельных транзисторов. Ток утечки может увеличиваться до такой степени, что это влияет на уровни напряжения переключения устройств, так что сигналы не могут правильно распространяться в микросхеме и перестают функционировать. Обычно они выздоравливают, когда им дают остыть, но это не всегда так.
В производственных процессах для высокотемпературной работы (до 300 ° C) используется технология CMOS с кремнием на изоляторе из-за малой утечки в очень широком температурном диапазоне.
источник
Только одно дополнение к некоторым отличным ответам: Технически это не легирующие вещества, которые становятся более мобильными, это увеличение внутренней концентрации носителей. Если что-то допанты / носители становятся менее мобильными, так как кристаллическая решетка кремния начинает «вибрировать» из-за увеличения тепловой энергии, затрудняющей прохождение электронов и дырок через устройство - оптическое рассеяние фононов, я полагаю, физики называют это, но я могу быть неправым.
Когда внутренняя концентрация носителей возрастает выше уровня легирования, вы теряете электрический контроль над устройством. Собственные носители - это те, которые существуют до того, как мы легируем кремний, идея полупроводников состоит в том, что мы добавляем наши собственные носители для генерации pn-переходов и других интересных вещей, которые делают транзисторы. Кремний вырабатывает около 150 градусов Цельсия, так что радиатор и высокоскоростные процессоры, работающие на тепло, очень важны, так как 150 градусов Цельсия не так сложно достичь на практике. Существует прямая связь между собственной концентрацией носителей и током утечки устройства.
Как показали другие главы, это лишь одна из причин, по которой чипы выходят из строя - это может даже привести к чему-то такому простому, как проволочная сетка, слишком горячая и отрывающаяся от ее площадки, есть огромный список вещей.
источник
Хотя токи утечки увеличиваются, я ожидаю, что большая проблема для многих устройств на базе MOS состоит в том, что величина тока, проходящего через MOS-транзистор в состоянии «включено», будет уменьшаться по мере нагрева устройства. Для правильной работы устройства транзистор, который переключает узел, должен иметь возможность заряжать или разряжать любую скрытую емкость в этой части схемы, прежде чем что-либо еще будет зависеть от того, что этот узел был переключен. Снижение пропускной способности транзисторов снизит скорость, с которой они могут заряжать или разряжать узлы. Если транзистор не может заряжать или разряжать узел в достаточной степени, прежде чем другая часть схемы будет полагаться на то, что этот узел был переключен, схема будет работать со сбоями.
Обратите внимание, что для NMOS-устройств был задан компромисс при расчете размеров пассивных транзисторов с подтягиванием; чем больше пассивное подтягивание, тем быстрее узел может переключаться с низкого уровня на высокий, но тем больше энергии будет тратиться впустую, когда узел находится на низком уровне. Поэтому многие такие устройства работали несколько ближе к границе правильной работы, и неисправности, вызванные теплом, были (и для винтажной электроники остаются) довольно распространенными. Для обычной электроники CMOS такие проблемы, как правило, менее серьезны; На практике я понятия не имею, в какой степени они играют роль в таких процессорах, как multi-GHZ.
источник
В дополнение к существующим ответам, сегодняшние схемы чувствительны к следующим двум эффектам старения (не только этим, но и основными в процессах <150 нм):
Поскольку температура увеличивает подвижность носителей, она увеличивает эффекты HCI и NBTI, но температура не является основной причиной для NBTI и HCI:
Эти два эффекта старения кремния приводят как к обратимым, так и к необратимым повреждениям транзисторов (влияя / разрушая подложки изолятора), которые увеличивают порог напряжения транзистора (Vt). В результате деталь будет нуждаться в более высоком напряжении для поддержания того же уровня производительности, что подразумевает повышение рабочей температуры и, как сказано в других сообщениях, последующая повышенная утечка на затворе транзистора.
Подводя итог, можно сказать, что температура на самом деле не будет ускорять процесс старения детали, а повышение частоты и напряжения (т.е. разгон) приведет к старению детали. Но старение транзисторов потребует более высокого рабочего напряжения, которое заставит деталь нагреваться больше.
Corolary: следствием разгона является повышение температуры и необходимого напряжения.
источник
Основная причина, по которой микросхемы выходят из строя необратимо, заключается в том, что металлический алюминий внутри них, который используется для создания межсоединений между различными элементами, плавит и открывает или замыкает устройства.
Да, токи утечки будут увеличиваться, но обычно проблема заключается не в самом токе утечки, а в нагреве, которое это вызывает, и последующем повреждении металла внутри ИС.
Цепи питания (например, источники питания, драйверы с высоким током и т. Д.) Могут быть повреждены, потому что при высоких напряжениях, когда драйверы транзисторов быстро отключаются, генерируются внутренние токи, которые вызывают защелкивание устройства, или неравномерное распределение энергии внутри него, которое вызывает локальное нагрев и последующее разрушение металла.
Большое (1000 с) число повторяющихся тепловых циклов может привести к отказу из-за несоответствия между механическим расширением ИС и упаковки, что в конечном итоге приведет к разрыву соединительных проводов или разделению материала пластиковой упаковки и последующему механическому повреждению.
Конечно, большое количество параметрических характеристик микросхем задано только в заданном температурном диапазоне, и они могут не соответствовать спецификации за пределами этого. В зависимости от конструкции это может вызвать сбой или недопустимый параметрический сдвиг (в то время как ИС находится за пределами температурного диапазона) - это может происходить при экстремально высоких или низких температурах.
источник