芯片娇贵,工作温度不能超过100,温度

提起芯片,很多人都不会感到陌生。从电脑,手机,到各种智能家居,都可以看见芯片的身影。在人们眼里,芯片就是一张微小而轻薄的金属片。但是在那张不起眼的金属片之上却分布着大量的晶体管和各种组件。由于其内部组件实在太多,芯片也变得非常脆弱,工作时温度不能超过℃。但是为什么芯片又能承受超过℃的热风?

先来简单了解一下芯片,以便更好地理解这个问题。

芯片,半导体元件产品的统称,又被称为微电路。芯片主要组成物质是硅,内部结构有4大部分:传感器,分立器件,集成电路,光电器件。其中,集成电路占有重要地位。

芯片的长度单位为纳米(一纳米约为4个原子大小),其内部分布着数量极为庞大的晶体管以及其它元器件,每mm2分布着上百万,甚至上千万个晶体管。如果把一块芯片放大,完全可以把它看成一座设备齐全的城市。

集成电路就是可以把数量庞大的晶体管集中到一个小的金属片上。芯片做得越小,它内部的晶体管数量越多,耗能,电容效应,开关频率会越小,性能也就更好。

周围环境温度对芯片有哪些影响?

首先,热应力和热应变。前面已经提到,芯片内部分布着密密麻麻的元器件,这些元器件有固定的位置。虽然这些元器件的体积都是以极小的长度单位纳米计算,但是因为数量庞大,导致每个元器件之间并没有太大的空间。

一旦温度过高,元器件就会出现膨大现象,进而各元器件之间互相挤压,使芯片产生裂纹,芯片有可能因此报废。如果温度太高,还有可能激发高能载流子,击穿晶体管,甚至导致芯片焦化。

其次,腐蚀。构成芯片的物质除了硅外,还有很多其它的物质。在常温下,这些物质活性不高,可以保持原有状态,对其它元器件不会产生影响。但是如果温度太高,这些物质的活性就会大大加强,不仅影响自身功能的发挥,还会破坏其它元器件。

最后,偏差累积。晶体管在某种程度上,也可以看作一种半导体。温度的变化会改变半导体的极限电压,导电能力等特性,虽然都是很小的偏差,但是每一个晶体管都可以看作是一个独立的个体。

一块芯片有上百万的晶体管,上百万个微小的偏差累积在一起就能让芯片不能正常工作。当然,温度太低也不行,过低的温度会使芯片无法正常打开。

芯片也分为很多类型,比如军用和民用。民用芯片的正常工作温度范围是0℃-70℃,军用芯片性能更高,正常工作温度范围是-55℃-℃。

为什么芯片工作时的温度不能超过一百摄氏度,却能承受两百多摄氏度的热风?

这里有一个很重要的前提,那就是芯片是否正在工作。

一个正在工作的芯片,其内部运行着电流,这里涉及很多的反应,比如电迁移,电路性能。如果此时它的温度超过了℃,那么高温首先就会破坏电流的工作路径,造成诸如漏电,破坏芯片内部结构,改变半导体光学特性等情况,并且这种破坏很难修复。

而芯片能承受两百多摄氏度的热风是要在其不工作的前提下进行。此时芯片内部没有电流运行,芯片的塑料封装也有一定的保护功能,并且只是短时间让芯片处于两百多摄氏度的热风环境里(如果时间太长,芯片一样会坏),在这种情况下,芯片可以承受住这种热风。

人体的正常体温是36-37℃,如果到了40℃就会威胁人体健康,但是这并不妨碍人在七八十摄氏度的桑拿房里坐上一会儿。




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