Das
Aerospace Vehicle Systems Institute (AVSI) hat diese Frage untersucht.
"Präziser quantitativer Ansatz der Ausfallphysik zur Zuverlässigkeit integrierter Schaltungen"
Ihre Schlussfolgerungen basieren auf der Physik und der Ursachenanalyse, insbesondere da die Strukturgrößen in den letzten 30 Jahren um Größenordnungen geschrumpft sind.
1) Elektromigration (EM) (Kontamination des Halbleiters durch langsames Austreten von Metallionen)
2) Zeitabhängiger dielektrischer Durchschlag (TDDB) oder langsames Tunneln einer Leiterbahn durch den Oxidisolator von schwachen Feldern (und Gammastrahlung)
3) Hot Carrier Injection (HCI) , wenn eine Konzentration von Löchern eine dielektrische Barriere in Ladungsfallen überspringt, die von Speicherzellen verwendet werden, um den durch Strahlung verursachten Speicherzustand dauerhaft zu verändern, wobei der Rand allmählich bis zum Versagen erodiert wird.
4) Negative Vorspannungstemperatur-Instabilität (NBTI) NBTI-Spannungen, die PMOS-Transistor-Schwellenspannungen verschieben, sind stärker ausgeprägt, wenn die Transistorgeometrien 90 nm und weniger erreichen und durch statische Ladungsfallen mit langer Dauer verstärkt werden, die einen Ausfall verursachen.
Diese VIER GRÜNDE sind derzeit sowohl bei Deep-Space-ICs als auch bei Consumer-ICs am weitesten verbreitet. Der Weltraum weist mehr Strahlungs- und Umweltstressfaktoren auf. Moores Gesetz hat auch diese neuen Fehlermodi beschleunigt.
In der Vergangenheit war der häufigste Grund für die Beschränkung des Temperaturbereichs bei ICs mit alter Technologie der Betrieb mit Verpackungs- und Umweltbelastungen.
Thermoschock, Kondensation und schnelle Verdampfung sowie analoge Effekte der thermischen Drift Consumer IC sind aus diesem Grund in Kunststoffgehäusen auf 0 bis 85 ° C begrenzt. Es ist keine einwandfreie Abdichtung und ein Eindringen von Feuchtigkeit ist möglich. Aber auch raumgehärtete glaspassivierte Keramik-ICs haben thermische Grenzen. Lesen Sie zusätzlich zu den unten aufgeführten Feuchtigkeitsproblemen die zuletzt bestätigten Probleme oben.
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Wenn im Laufe der Zeit genügend Feuchtigkeitsmoleküle vorhanden sind und das Substrat gefriert und reißt, versagt es. Wenn es in gefrorenem Zustand mit gefrorenen Feuchtigkeitsmolekülen einwandfrei funktioniert und dann auftaut und Korrosion oder Auslaufen verursacht und versagt. Es ist deine Schuld. Einige Kunststoffdichtungen sind etwas besser und die Eigenerwärmung verhindert, dass einige unter bestimmten Temperaturen einfrieren. Dies verringert auch die Migration von Feuchtigkeit.
Am oberen Ende sorgt der Popcorm-Effekt dafür, dass Feuchtigkeit die Späne wegbläst, und der schwarze Epoxid-Grad hat sich in den letzten 40 Jahren aufgrund von Sumitomo erheblich verbessert. Clear Epoxy ist nicht so gut und wird in einigen LED-Gehäusen oder IR-Geräten verwendet. Daher müssen LEDs vor dem Löten trocken gepackt bleiben. Moderne Designs großer LED-Motoren ohne Gold-Whisker-Wirebonds werden auf unbestimmte Zeit für eine bestimmte relative Luftfeuchtigkeit eingestuft, während der Rest nach einigen Tagen offener Exposition gegenüber hoher relativer Luftfeuchtigkeit ein Risiko darstellt. Wirklich ist es ein gültiges Risiko und so schlimm wie die Verletzung von ESD, außer es schert das Golddrahtbond.
Aus diesem Grund sind alle Teile im Weltraum- oder Militärbereich in der Regel Keramik mit Glasbeschichtung auf den Zuleitungen, und Verbraucherteile sind mit 0 ° C bewertet.
Ausnahmen wie der industrielle und der militärische Temperaturbereich sind auf strengere Spezifikationen zurückzuführen, die für das Militär über einen größeren Temperaturbereich als der industrielle Bereich erforderlich sind, aber beide funktionieren über einen weiten Bereich, jedoch ohne garantierte analoge Spezifikationen.
CMOS läuft schneller kalt als heiß. TTL funktioniert schneller heiß als kalt und die Sperrschichttemperatur sinkt, um weniger Wärme abzuleiten. Ich habe HDD 8 "-Laufwerke nach einer Stunde über einer Tüte Trockeneis <-40 ° C getestet, damit das Militär beweist, dass es funktioniert, aber es gibt keine Garantien dafür, dass Kondensation einen Kopfcrash verhindert. (Die Motorlager quietschten für einige Sekunden Sekunden später ... aber 0 ° C nach dem Gefrieren steigen ... das ist ein Feuchtigkeitsrisiko.
Journalreferenzen zum Nachweis hinzugefügt.
Der einschränkende Zuverlässigkeitsfaktor, der die Temperatur ALLER integrierten Schaltkreise (insbesondere großer Chips wie Mikrocontroller) beeinflusst, ist die mechanische Verpackung mehr als die Funktion des Halbleiters. Es gibt Hunderte von Artikeln zur Zuverlässigkeit, die dies erklären. Es gibt auch Artikel, in denen erklärt wird, warum die Grenzwerte für niedrige Temperaturen unterschiedlich sind. Einige werden aus gutem Grund von -40 ° C herabgestuft, und diejenigen, die von 0 ° C heraufgesetzt werden, können aus schlechten Gründen sein. Obwohl nicht ausdrücklich angegeben, dass Gewinn ein Grund ist, wenden Nachwuchsingenieure HALT falsch an, um qualifizierte Bereiche zu erweitern, die durch Missverständnisse der chemischen Migration und Strukturspannungen gefährdet sind. Während klügere Unternehmen mit guten Gründen nachlassen, die ich mit Referenzen unten unterstützen werde.
1. Hermetisch versiegelte Eigenschaften sind kein digitales Phänomen.
Sie ist analog und bezieht sich auf die Menge des Eindringens oder des Feuchtigkeitsverlusts, die atomar in eine mechanische Baugruppe gelangen.
Wie im obigen Link angegeben
"Die interne Ausgasung kann zur Bildung von Kondenswassertropfen führen, wodurch die Geräteleistung beeinträchtigt wird und letztendlich ein Geräteausfall verursacht wird." 2. "Die hergestellten Dichtungen waren anfangs hermetisch, versagten jedoch bei längerem Einweichen und Temperaturwechsel in Kochsalzlösung aufgrund des Unterschieds im WAK zwischen der Wand der Glaskapsel (5,5 × 10−6 / ◦C) und 90% katastrophal. Pt – 10% Ir-Durchführung (8,7 × 10–6 / ◦C). "
Aus dem Nomogramm in 6 ist ersichtlich, dass bei 1,0 atm und 0 ° C die zur Bildung von Wassertröpfchen erforderliche Feuchtigkeitskonzentration 6.000 ppm beträgt. Bei Konzentrationen unter diesem Prozentsatz an Wasserdampf können Flüssigkeitstropfen nicht Daher werden die meisten Materialien und Versiegelungsverfahren so ausgewählt, dass die interne Verpackungsumgebung für die Lebensdauer der Vorrichtung bei oder unter 5.000 ppm Feuchtigkeit bleibt. " Eine Kontamination kann dies jedoch ändern.
Ich könnte ein Buch zu diesem Thema schreiben, aber dann haben es schon so viele andere, dass ich nur auf Literatur verweisen werde, die beweisen wird, dass meine Antwort gültig ist .
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