Mengapa tepatnya chip mulai tidak berfungsi begitu kepanasan?

Begitu kepanasan kepanasan, ia dapat mulai tidak berfungsi - misalnya banyak program mungkin mulai gagal setelah beberapa atau semua bagian dalam komputer kepanasan.

Apa yang sebenarnya terjadi yang membuat chip tidak berfungsi saat kepanasan?

Untuk memperluas jawaban lain.

1. Arus bocor yang lebih tinggi: ini dapat menyebabkan lebih banyak masalah pemanasan dan dapat dengan mudah menghasilkan pelarian termal.
2. Rasio sinyal ke derau akan berkurang seiring derau termal meningkat : Ini dapat menghasilkan tingkat kesalahan bit yang lebih tinggi, ini akan menyebabkan program salah membaca dan perintah menjadi salah ditafsirkan. Ini dapat menyebabkan operasi "acak".
3. Dopan menjadi lebih mobile dengan panas. Ketika Anda memiliki chip yang terlalu panas transistor dapat berhenti menjadi transistor. Ini tidak dapat dipulihkan.
4. Pemanasan yang tidak merata dapat membuat struktur kristal Si rusak. Orang normal dapat mengalami dengan menempatkan gelas melalui goncangan suhu. Ini akan hancur, agak ekstrem, tetapi menggambarkan intinya. Ini tidak dapat dipulihkan.
5. Memori ROM yang tergantung pada pelat terisolasi yang terisi akan dapat kehilangan memori saat suhu meningkat. Energi termal, jika cukup tinggi, dapat memungkinkan elektronik keluar dari konduktor yang diisi daya. Ini dapat merusak memori program. Ini secara teratur terjadi pada saya selama penyolderan IC yang sudah diprogram ketika seseorang kepanasan chip.
6. Hilangnya kontrol transistor: Dengan energi termal yang cukup, elektron Anda dapat melompati celah pita. Semikonduktor adalah bahan yang memiliki celah pita kecil sehingga mudah dijembatani dengan dopan tetapi cukup besar sehingga suhu operasi yang diperlukan tidak mengubahnya menjadi konduktor di mana celahnya lebih kecil daripada energi termal material tersebut. Ini adalah penyederhanaan yang berlebihan dan merupakan dasar dari posting lain, tetapi saya ingin menambahkannya dan menuliskannya dengan kata-kata saya sendiri.

Ada lebih banyak alasan, tetapi ini membuat beberapa penting.

Masalah utama dengan operasi IC pada suhu tinggi adalah meningkatnya arus bocor dari masing-masing transistor. Arus bocor dapat meningkat sedemikian rupa sehingga tingkat tegangan switching perangkat terpengaruh, sehingga sinyal tidak dapat merambat dengan baik di dalam chip, dan berhenti berfungsi. Mereka biasanya pulih ketika dibiarkan dingin, tetapi itu tidak selalu terjadi.

Proses pembuatan untuk operasi suhu tinggi (hingga 300C) menggunakan teknologi CMOS silicon-on-insulator karena kebocoran rendah pada rentang suhu yang sangat luas.

Hanya satu tambahan untuk beberapa jawaban yang sangat baik: Secara teknis bukan dopan yang mendapatkan lebih banyak ponsel, melainkan peningkatan konsentrasi pembawa intrinsik. Kalau pun dopan / pembawa kurang bergerak karena kisi kristal silikon mulai "bergetar" karena meningkatnya energi termal sehingga elektron dan lubang lebih sulit mengalir melalui perangkat - hamburan fonon optik Saya percaya phsyics menyebutnya tetapi saya mungkin salah

Ketika konsentrasi pembawa intrinsik meningkat melampaui tingkat doping Anda kehilangan kontrol listrik perangkat. Operator intrinsik adalah yang ada sebelum kita menggunakan silikon, ide semikonduktor adalah bahwa kita menambahkan operator kita sendiri untuk menghasilkan sambungan pn dan hal-hal menarik lainnya yang dilakukan transistor. Silikon menduduki peringkat teratas sekitar 150degC sehingga RF heat sinking dan prosesor kecepatan tinggi sangat penting karena 150degC tidak terlalu sulit dicapai dalam praktiknya. Ada hubungan langsung antara konsentrasi pembawa intrinsik dan arus kebocoran dari perangkat.

Seperti yang telah ditunjukkan oleh bab-bab lain, ini hanyalah salah satu alasan chip gagal - bahkan dapat mencapai sesuatu yang sederhana seperti ikatan kawat yang terlalu panas dan melepaskan padnya, ada banyak hal.

Meskipun arus kebocoran meningkat, saya berharap masalah yang lebih besar untuk banyak perangkat berbasis MOS adalah bahwa jumlah arus yang melewati transistor MOS dalam keadaan "on" akan berkurang karena perangkat menjadi panas. Agar suatu perangkat dapat beroperasi dengan benar, transistor yang mengalihkan sebuah simpul harus dapat mengisi atau melepaskan kapasitansi laten di bagian sirkuit tersebut sebelum hal lain bergantung pada simpul yang telah diaktifkan. Mengurangi kemampuan transistor yang lewat saat ini akan mengurangi laju di mana mereka dapat mengisi atau melepaskan node. Jika sebuah transistor tidak dapat mengisi atau mengeluarkan sebuah node secara memadai sebelum bagian lain dari sirkuit bergantung pada node yang telah diaktifkan, sirkuit tersebut akan mengalami kegagalan fungsi.

Perhatikan bahwa untuk perangkat NMOS, ada trade-off desain ketika mengukur transistor pull-up pasif; semakin besar pull-up pasif, semakin cepat node dapat beralih dari rendah ke tinggi, tetapi semakin banyak daya yang terbuang setiap kali node rendah. Oleh karena itu banyak perangkat semacam itu yang dioperasikan agak di dekat tepi operasi yang benar dan kegagalan fungsi berbasis panas (dan untuk elektronik vintage, tetap) cukup umum. Untuk elektronik CMOS pada umumnya, masalah seperti itu umumnya kurang parah; Dalam praktiknya saya tidak tahu sejauh mana mereka berperan dalam hal-hal seperti prosesor multi-GHZ.

Untuk melengkapi jawaban yang ada, sirkuit hari ini peka terhadap dua efek penuaan berikut (tidak hanya ini tetapi mereka yang utama pada proses <150nm):

• HCI http://en.wikipedia.org/wiki/Hot-carrier_injection
• NBTI & PBTI http://en.wikipedia.org/wiki/Negative-bias_temperature_instability

Karena suhu meningkatkan mobilitas operator, ini meningkatkan efek HCI dan NBTI, tetapi suhu bukanlah penyebab utama untuk NBTI dan HCI:

• HCI disebabkan oleh frekuensi tinggi
• NBTI dengan tegangan tinggi

Dua efek penuaan silikon ini menyebabkan kerusakan reversibel dan ireversibel pada transistor (dengan mempengaruhi / memburuk substrat isolator) yang meningkatkan ambang tegangan transistor (Vt). Akibatnya bagian akan memerlukan tegangan yang lebih tinggi untuk mempertahankan tingkat kinerja yang sama, yang menyiratkan peningkatan suhu operasi dan, seperti dikatakan dalam posting lain, peningkatan kebocoran gerbang transistor akan mengikuti.

Untuk meringkas, suhu tidak akan benar-benar membuat bagian umur lebih cepat, itu adalah frekuensi dan tegangan yang lebih tinggi (yaitu overclocking) yang akan membuat bagian umur Tetapi penuaan transistor membutuhkan tegangan operasi yang lebih tinggi yang membuat bagian lebih panas.

Konsekuensi: konsekuensi dari overclocking adalah peningkatan suhu dan tegangan yang diperlukan.

Alasan umum IC gagal gagal ireversibel adalah karena logam Aluminium di dalamnya yang digunakan untuk membuat interkoneksi antara berbagai elemen meleleh dan membuka atau perangkat pendek.

Ya, arus bocor akan meningkat, tetapi umumnya bukan kebocoran arus itu sendiri yang menjadi masalah, tetapi panas yang ditimbulkannya, dan akibatnya kerusakan pada logam di dalam IC.

Sirkuit daya (mis. Catu daya, driver arus tinggi, dll.) Dapat rusak karena pada tegangan tinggi, ketika driver transistor mati dengan cepat, arus internal dihasilkan yang menyebabkan pemasangan perangkat, atau distribusi daya yang tidak merata di dalamnya yang menyebabkan lokal pemanasan dan kegagalan logam selanjutnya.

Sejumlah besar (1000-an) siklus termal berulang dapat menyebabkan kegagalan karena ketidakcocokan antara ekspansi mekanis IC dan paket, akhirnya menyebabkan kabel ikatan dicabut atau dibatasi bahan kemasan plastik dan kegagalan mekanis berikutnya.

Tentu saja sejumlah besar spesifikasi parametrik IC hanya ditentukan pada kisaran suhu tertentu, dan ini mungkin tidak dalam spesifikasi di luar ini. Tergantung pada desain, ini dapat menyebabkan kegagalan, atau pergeseran parametrik yang tidak dapat diterima (ketika IC berada di luar kisaran suhu) - ini dapat terjadi untuk suhu yang sangat tinggi atau rendah.