칩이 과열되면 정확히 왜 오작동을 시작합니까?

칩이 과열되면 오작동을 시작할 수 있습니다. 예를 들어 컴퓨터의 일부 또는 모든 부품이 과열되면 많은 프로그램이 작동하지 않을 수 있습니다.

칩이 과열 될 때 칩이 오작동하는 원인은 무엇입니까?

다른 답변을 확장합니다.

1. 더 높은 누설 전류 : 이로 인해 더 많은 가열 문제가 발생하고 열 폭주가 발생하기 쉽습니다.
2. 열 잡음이 증가함에 따라 신호 대 잡음 배급이 감소합니다 . 이로 인해 비트 오류율이 높아져 프로그램이 잘못 판독되고 명령이 잘못 해석 될 수 있습니다. 이로 인해 "무작위"작동이 발생할 수 있습니다.
3. 도펀트는 열에 의해 더욱 움직입니다. 칩이 완전히 과열 된 경우 트랜지스터가 트랜지스터 작동을 중단 할 수 있습니다. 이것은 돌이킬 수 없습니다.
4. 불균일 한 가열은 Si의 결정 구조를 파괴시킬 수있다. 정상적인 사람은 온도 충격을 통해 유리를 넣어 경험할 수 있습니다. 조금 극단적 인 산산조각이 나지만 요점을 잘 보여줍니다. 이것은 돌이킬 수 없습니다.
5. 충전 된 절연판에 의존하는 ROM 메모리는 온도가 상승함에 따라 메모리를 잃을 수 있습니다. 열 에너지가 충분히 높으면 전자 장치가 충전 된 도체를 빠져 나갈 수 있습니다. 프로그램 메모리가 손상 될 수 있습니다. 누군가가 칩을 과열 할 때 이미 프로그래밍 된 IC를 납땜하는 동안 이런 일이 정기적으로 발생합니다.
6. 트랜지스터 제어 손실 : 충분한 열 에너지로 전자가 밴드 갭을 뛰어 넘을 수 있습니다. 반도체는 밴드 갭이 작은 재료로, 도펀트와 쉽게 브리지되지만 필요한 작동 온도가 재료의 열 에너지보다 갭이 더 작은 도체로 바뀌지 않을만큼 충분히 큽니다. 이것은 지나치게 단순화 된 것이며 다른 게시물의 기초이지만 추가하고 내 자신의 말로 작성하고 싶었습니다.

더 많은 이유가 있지만 이것들은 중요한 몇 가지를 만듭니다.

고온에서 IC 작동의 주요 문제는 개별 트랜지스터의 누설 전류가 크게 증가한다는 것입니다. 누설 전류는 디바이스의 스위칭 전압 레벨에 영향을 미치므로 신호가 칩 내에서 제대로 전파되지 않고 작동을 멈출 정도로 증가 할 수 있습니다. 그들은 일반적으로 식을 때 회복되지만, 항상 그런 것은 아닙니다.

고온 작동 (최대 300C)을위한 제조 공정은 매우 넓은 온도 범위에서 누설이 적기 때문에 실리콘-온-절연체 CMOS 기술을 사용합니다.

기술적으로 더 많은 이동성을 얻는 것은 도펀트가 아니라 본질적인 캐리어 농도의 증가입니다. 실리콘 결정 격자가 열 에너지 증가로 인해 "진동"하기 시작하여 도펀트 / 캐리어가 덜 움직이면 전자와 정공이 장치를 통과하기 어렵게됩니다. 틀리다.

고유 캐리어 농도가 도핑 레벨을 초과하여 증가하면 장치의 전기 제어가 느슨해집니다. 진성 캐리어는 실리콘을 도핑하기 전에 존재하는 것입니다. 반도체의 아이디어는 pn 접합 및 트랜지스터가 수행하는 다른 흥미로운 것들을 생성하기 위해 자체 캐리어를 추가한다는 것입니다. 실리콘은 150degC를 능가하므로 150degC는 실제로 달성하기 어렵지 않기 때문에 히트 싱크 RF 및 고속 프로세서는 매우 중요합니다. 고유 캐리어 농도와 장치의 오프 누설 전류 사이에는 직접 연결이 있습니다.

다른 챕터가 보여 주듯이, 이것은 칩이 실패하는 이유 중 하나 일뿐입니다.-와이어 본드가 너무 뜨거워지고 패드에서 튀어 나오는 것처럼 간단한 것으로 내려갈 수 있습니다. 많은 것들이 있습니다.

누설 전류는 증가하지만 많은 MOS 기반 디바이스의 경우 더 큰 문제는 "온"상태에서 MOS 트랜지스터를 통과하는 전류의 양이 디바이스가 뜨거워 질수록 감소한다는 것입니다. 장치가 올바르게 작동하려면 노드를 전환하는 트랜지스터가 다른 노드가 전환되기 전에 회로의 해당 부분에서 잠재적 인 정전 용량을 충전하거나 방전 할 수 있어야합니다. 트랜지스터의 전류 통과 능력을 줄이면 노드를 충전 또는 방전 할 수있는 속도가 줄어 듭니다. 회로의 다른 부분이 해당 노드가 전환 된 노드에 의존하기 전에 트랜지스터가 노드를 충분히 충전 또는 방전 할 수없는 경우 회로가 오작동합니다.

NMOS 디바이스의 경우 패시브 풀업 트랜지스터의 크기를 조정할 때 설계 상충 관계가있었습니다. 패시브 풀업이 클수록 노드가 낮은 상태에서 높은 상태로 빠르게 전환 될 수 있지만 노드가 부족할 때마다 더 많은 전력이 낭비됩니다. 따라서 이러한 많은 장치는 올바른 작동 가장자리 근처에서 다소 작동했으며 열에 의한 오작동은 상당히 흔했습니다. 일반적인 CMOS 전자 장치의 경우 이러한 문제는 일반적으로 덜 심각합니다. 실제로 멀티 -GHZ 프로세서와 같은 부분에서 어느 정도의 역할을하는지 전혀 모릅니다.

기존의 답변을 보완하기 위해 오늘날의 회로는 다음 두 가지 노화 효과에 민감합니다 (이것뿐만 아니라 <150nm 공정에서 주요 효과 임).

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

온도는 캐리어 이동성을 증가 시키므로 HCl 및 NBTI 효과가 증가하지만 온도는 NBTI 및 HCI의 주요 원인이 아닙니다.

• HCI는 고주파로 인해 발생합니다
• 고전압에 의한 NBTI

이러한 2 개의 실리콘 에이징 효과는 트랜지스터 전압 임계 값 (Vt)을 증가시키는 (절연체 기판에 영향을 미치거나 저하시킴으로써) 트랜지스터에 가역적 및 비가 역적 손상을 야기한다. 결과적으로 부품은 동일한 수준의 성능을 유지하기 위해 더 높은 전압을 필요로하는데, 이는 작동 온도의 상승을 의미하며 다른 포스트에서 언급했듯이 증가 된 트랜지스터 게이트 누설이 뒤따를 것입니다.

요약하면, 온도는 실제로 부품 수명을 단축시키는 것이 아니라 부품 수명을 만드는 높은 주파수 및 전압 (즉, 오버 클럭킹)입니다. 그러나 트랜지스터 에이징은 더 높은 작동 전압을 요구하므로 부품을 더 많이 가열해야합니다.

Corolary : 오버 클럭킹의 결과는 온도 및 필요한 전압의 증가입니다.

IC가 돌이킬 수 없게 실패하는 일반적인 이유는 다양한 요소들 사이의 상호 연결을 생성하는 데 사용되는 알루미늄 금속이 용융되고 개방 또는 단락되는 장치이기 때문입니다.

그렇습니다. 누설 전류는 증가하지만 일반적으로 문제가되는 누설 전류 자체가 아니라 열이 발생하여 IC 내부의 금속이 손상됩니다.

전원 회로 (예 : 전원 공급 장치, 고전류 드라이버 등)는 고전압에서 트랜지스터 드라이버가 빠르게 꺼질 때 내부 전류가 발생하여 장치의 래치 업을 유발하거나 내부에 고르지 않은 전원 분배로 인해 로컬에 영향을 미치기 때문에 손상 될 수 있습니다. 가열 및 후속 금속 고장.

많은 (1000 년대) 반복되는 열 사이클이 많으면 IC와 패키지의 기계적 팽창이 일치하지 않아 고장이 발생하여 결국 본드 와이어가 찢어 지거나 플라스틱 패키지 재료의 경계가 정해져 기계적 고장이 발생할 수 있습니다.

물론 많은 수의 IC 파라 메트릭 사양이 지정된 온도 범위에 대해서만 지정되며,이 범위를 벗어나는 사양이 아닐 수도 있습니다. 설계에 따라 이로 인해 고장이 발생하거나 수용 할 수없는 파라 메트릭 시프트 (IC가 온도 범위를 벗어난 상태)가 발생할 수 있습니다. 이는 극단적 인 고온 또는 저온에서 발생할 수 있습니다.