Hallo Forum Freunde, kann mir jemand bitte sagen, wie dick ist silizium-chip von einem mosfet? was geht eigentlich dadrin kapput wenn der Mosfet seine maximale Temperatur überschreitet? Dank schon mal für eure Hilfe LG Alex
Alex Kai schrieb: > kapput wenn der Mosfet seine maximale > Temperatur überschreitet? Silizium od. Bonddrähte schmelzen je nach Aufbau zuerst. Such Dir ein Exemplar aus und öffne es selbst.
oszi40 schrieb: > Silizium od. Bonddrähte schmelzen je nach Aufbau zuerst. Die gut 1400° zum Schmelzen des Siliziums wirst Du wohl kaum erreichen.
Wafer haben je nach Grösse 0.25 bis 0.8mm Dicke. Bei niederohmigen MOSFETs und LowSat Transistoren wird der Chip jedoch dünner geschliffen damit der Widerstand sinkt, so 0.1mm sind möglich. MOSFETs für hohe Spannungen sind dicker. Durch die Hitze schmilzt das Silizium so daß die Zonen unterschiedlicher Dotierung durcheinanderkommen, die Transistorfunktion geht dabei verloren. AUch können dünne Aluminium-Leitungen und Gold-Boddrähre kaputt gehen (aber eher nicht bei HochleistungsMOSFETs). Wenn er nicht strommässig überlastet wird, sondern spannungsmässig, schlägt die hauchdünne Silisiumdioxid Schicht durch, bekommt ein Loch, und die MOSFET isoliert nicht mehr.
Harald Wilhelms schrieb: > oszi40 schrieb: > >> Silizium od. Bonddrähte schmelzen je nach Aufbau zuerst. > > Die gut 1400° zum Schmelzen des Siliziums wirst Du wohl kaum erreichen. du hast recht und auch die Bonddrähte sind aus Aluminium (schmeltzpunkt 660°C) der mosfet den ich eingesetzt habe kann bis 175°C also es ist was anderes kapput gegangen. hat jemand eine andere Idee was das sein könnte?
Alex Kai schrieb: > hat jemand eine andere Idee was das sein könnte? Du hast gegen die maximalen Grenzwerte laut Datenblatt verstossen. Dann hat der MOSFET jedes Recht der Welt einfach kaputt zu gehen. Dabei gilt jeder Grenzwert für sich, wenn also ein MOSFET 50V und 30A und 100 Watt aushält, hält er nicht 30A bei 50V aus weil das 1500 Watt wären, sondern beispielsweise bei 30V nur 3.33A, und auch das nur, wenn du deine Kühllasche auf 25 GradC hältst. Auch eine Spannung von 20V am Gate ist schnell überschritten und der MOSFET mikrosekundenschnell kaputt. Harald Wilhelms schrieb: > Die gut 1400° zum Schmelzen des Siliziums wirst Du wohl kaum erreichen. Problemlos, es konzentiert sich ja auch wenige Mikrometer. Hier einige Chipbilder von defekten MOSFETs: http://www.nxp.com/documents/application_note/AN11243.pdf
MaWin schrieb: > > Du hast gegen die maximalen Grenzwerte laut Datenblatt verstossen. > Dann hat der MOSFET jedes Recht der Welt einfach kaputt zu gehen. > Dabei gilt jeder Grenzwert für sich, wenn also ein MOSFET 50V und 30A > und 100 Watt aushält, hält er nicht 30A bei 50V aus weil das 1500 Watt > wären, sondern beispielsweise bei 30V nur 3.33A, und auch das nur, wenn > du deine Kühllasche auf 25 GradC hältst. Auch eine Spannung von 20V am > Gate ist schnell überschritten und der MOSFET mikrosekundenschnell > kaputt. die frage ist was ist drin passiert so dass er nicht mehr funktionsfähig ist? ist was gebrochen oder geschmolzen?
MaWin schrieb: >> Die gut 1400° zum Schmelzen des Siliziums wirst Du wohl kaum erreichen. > > Problemlos, es konzentiert sich ja auch wenige Mikrometer. Ich vermute eher, das dann das Silizium oxidiert und das Oxyd hat dann nur noch ca. 600° Schmelzpunkt.
Harald Wilhelms schrieb: > Ich vermute eher, das dann das Silizium oxidiert und das Oxyd hat > dann nur noch ca. 600° Schmelzpunkt. Harald, wenn Silizium oxidiert, dann gibt es SiO2, also Quarz. Und Quarztiegel werden für das Schmelzen von Silizium verwendet. Also nichts mit 600 Grad Schmelzpunkt... Und ja, ich habe schon partiell geschmolzene Chips gesehen...
MaWin schrieb: > Du hast gegen die maximalen Grenzwerte laut Datenblatt verstossen. > Dann hat der MOSFET jedes Recht der Welt einfach kaputt zu gehen. > Dabei gilt jeder Grenzwert für sich, wenn also ein MOSFET 50V und 30A > und 100 Watt aushält, hält er nicht 30A bei 50V aus weil das 1500 Watt > wären, sondern beispielsweise bei 30V nur 3.33A, und auch das nur, wenn > du deine Kühllasche auf 25 GradC hältst. Auch eine Spannung von 20V am > Gate ist schnell überschritten und der MOSFET mikrosekundenschnell > kaputt. Das stimmt aber nicht so ganz, ein MOSFET hat keine maximale Schaltleistung, sonder nur eine maximale Verlustleistung. Und diese 1500W Verlustleistung erreichst du, wenn an deinem MOSFET bei 30A 50V abfallen, also der Innenwiderstand bei 1,7 Ohm liegt. Wenn dein R_dson < 0.1 Ohm bleibt kannst du an 50V auch 30A schalten, mit "deinem" MOSFET. Alex Kai schrieb: > die frage ist was ist drin passiert so dass er nicht mehr funktionsfähig > ist? ist was gebrochen oder geschmolzen? Tja wenn er hochohmig ist, ist vermutlich etwas durchgeschmolzen, wenn er niederohmig ist, ist er vermutlich durchlegiert.
Harald Wilhelms schrieb: > Ich vermute eher, das dann das Silizium oxidiert und das Oxyd hat > dann nur noch ca. 600° Schmelzpunkt. Aha. Und wo kommt der Sauerstoff für die Oxydation her? Was bei zu hohen Temperaturen passiert, ist daß Metalle aus der Kontaktierung in den Siliziumkristall diffundieren. Bzw. ganz generell geht der subtile interne Aufbau aus verschieden dotierten Zonen zum Teufel. Sei es durch lokales Aufschmelzen, durch beschleunigte Diffusion oder Elektromigration. Meist bleibt dann ein gut leitendes Bröckchen Silizium übrig, das alle Anschlüsse des Bauelements mehr oder weniger gut leitend miteinander verbindet. XL
Alex Kai schrieb: > die frage ist was ist drin passiert so dass er nicht mehr funktionsfähig > ist? ist was gebrochen oder geschmolzen? Warum verlinke ich wohl ein Dokument mit vielen schönen Bildern ?
MaWin schrieb: > Alex Kai schrieb: >> die frage ist was ist drin passiert so dass er nicht mehr funktionsfähig >> ist? ist was gebrochen oder geschmolzen? > > Warum verlinke ich wohl ein Dokument mit vielen schönen Bildern ? die Bilder haben mich nicht so werklich weiter gebracht, ich möchte genau wissen was drin passiert.
@MaWin - Danke für die schönen Bilder. Die werde ich bei passender Gelegenheit, natürlich mit Quellenangabe NXP, meinen Kunden vorlegen. Slightly off topic - ich werfe gerade im Moment ein komplettes Fertigungslos mit MPU-6050 weg, weil die Teile beim Austausch eines benachbarten ICs beschädigt wurden. Original wird mit Dampfphase bei 240°C gelötet. Die MPU-6050 verträgt Reflow-Peak 260°C für 480s. Beim Auslöten auf der IR-Platte wurde das wohl überschritten. Nun hängen ein paar Achsen der 6D-Micromachines fest. Will sagen - mit modernen Technologien kommen noch ganz andere Fehlertypen dazu. Seeeehr spannend... :(
Na, das sollten die ICs doch eigentlich aushalten. Problematisch ist, dass bei steigenden Temperaturen die Diffusion stärker wird. Während der Herstellung muss ein IC teils deutlich höhere Temperaturen aushalten, als beim löten. Die Packages aus Plastik mögen hohe Temperaturen nur ungerne. Durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Die und Package entsteht mechanischer Stress an den Bondverbindungen. Diese können dann abreißen. Für Hochtemperaturbauteile werden dann gerne Keramikpackages genommen, deren Ausdehnungskoeffizient dem von Silizium ähnlich ist.
Alex Kai schrieb: > die Bilder haben mich nicht so werklich weiter gebracht, ich möchte > genau wissen was drin passiert. Dann lies den Text neben den Bildern, eine genauere Beschreibung wird dir keiner liefern können.
Uwe Bonnes schrieb: > Harald, > wenn Silizium oxidiert, dann gibt es SiO2, also Quarz. Und Quarztiegel > werden für das Schmelzen von Silizium verwendet. Also nichts mit 600 > Grad Schmelzpunkt... Ich habe mich daran erinnert, das wir Siliziumproben zwecks "Abdampfung" des Oxyds auf helle Rotglut erhitzt haben und das Silizium dabei unbeeinflusst blieb. Anschliessend konnten wir uns dann die einzelnen Atome des Siliziums ansehen, bis es wieder neu oxidiert war. Anscheinend greift da noch ein anderer Mechanismus, der bei der Erhitzung das Oxyd entfernt. Gruss Harald
Schon deutlich vor dem Schmelze des Siliziums oder Oxides verteilen sich die Dotieratome und die Metallisierungen (und ggf. auch der Träger) reagieren ggf. mit dem Silizium das passiert ggf. auch schon deutlich unter dem Schmelzpunkt von Silizium oder dem Metall. Alu-Schichten auf Silizium zeigen z.B. bei 850 K ein eutektisches Schmelzen. So ab etwa 200-250 C im Betrieb werden die Leckströme usw. deutlich größer, so dass der MOSFET/Transistor dann nicht mehr kontrolliert werden kann und dann unkontrolliert ggf. noch heißer werden kann und dann Endgültig geschädigt wird. Von nur einmal kurz 200-300 C geht der MOSFET normal noch nicht kaputt - nach dem Abkühlen geht es dann meist wieder.
Uwe Bonnes schrieb: > wenn Silizium oxidiert, dann gibt es SiO2, Ja. > also Quarz. Nein. Wenn Dein Steak in der Pfanne verbrennt, gibt es auch keinen "Kohlenstoff, also Diamant". > Und Quarztiegel werden für das Schmelzen von Silizium > verwendet. Es handelt sich mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit um sog. "Quarzglas". Leider ist die blödsinnige Bezeichnung "Quarzglas" ein schwarzer Schimmel - entweder ist es kristallines SiO2, also Quarz , oder es ist amorphes SiO2, also Glas . Quarzglas ist die Stromspannung der Werkstofftechnik. > Also nichts mit 600 Grad Schmelzpunkt... Jein... die Reinheit entscheidet. Fensterglas besteht auch hauptsächlich aus SiO2, und das wird tatsächlich bei ungefähr diesen Temperaturen weich. Die (beim "Quarzglas" nicht vorhandenen) Beimengungen machen den Unterschied.
Harald Wilhelms schrieb: > Ich habe mich daran erinnert, das wir Siliziumproben zwecks > "Abdampfung" des Oxyds auf helle Rotglut erhitzt haben und > das Silizium dabei unbeeinflusst blieb. Anschliessend konnten > wir uns dann die einzelnen Atome des Siliziums ansehen, bis > es wieder neu oxidiert war. Anscheinend greift da noch ein > anderer Mechanismus, der bei der Erhitzung das Oxyd entfernt. Sender Jerewan :) "Helle Rotglut" sind eher 800°C als 600°C, und dünne Oberflächenschichten können sich anders verhalten als Bulkmaterial. Die Atmosphäre, in der der Prozess lief, wird auch eine Rolle spielen. Insofern wundern mich die Unterschiede im Verhalten nicht.
Possetitjel schrieb: > "Helle Rotglut" sind eher 800°C als 600°C, und dünne > Oberflächenschichten können sich anders verhalten als > Bulkmaterial. Die Atmosphäre, in der der Prozess lief, > wird auch eine Rolle spielen. Nun, das Glühen geschah selbstverständlich im Vacuum, weil sich ja sonst sofort eine neue Schicht gebildet hätte. Als "Heizquelle" wurde eine Elektronenkanone benutzt. Trotz des Ultrahochvacuums gab es innerhalb ca. 1 Woche eine Neubildung des Oxids, sodas bei längeren Messungen der Vorgang dann wiederholt werden musste. Gruss Harald
Harald Wilhelms schrieb: > Nun, das Glühen geschah selbstverständlich im Vacuum, weil sich ja > sonst sofort eine neue Schicht gebildet hätte. Als "Heizquelle" > wurde eine Elektronenkanone benutzt. Kann das Glühen durch die Elektronen angeregt worden sein? Vielleicht war ja etwas Wolfram drin... dann gibt es da ja noch die Bremsstrahlung ;-) Halt ein großer Brocken LED duckundweg Kann das Oxid vielleicht eher eine Beimischung des Stoffs sein, der sich vom Silizium trennte? Zumindest dass sollte möglich sein, wenn ihr die Temperatur die Woche über hoch gehalten habt... Wir schweifen ab :-P
Klugscheißer schrieb: > Kann das Glühen durch die Elektronen angeregt worden sein? Vielleicht > war ja etwas Wolfram drin... dann gibt es da ja noch die Bremsstrahlung > ;-) Da diese Messungen schon ein paar Jahre her sind, habe ich nicht mehr alleParameter im Kopf. Es war jedenfalls keine Hochspannung über 20kV im Spiel. > Kann das Oxid vielleicht eher eine Beimischung des Stoffs sein, der sich > vom Silizium trennte? > Zumindest dass sollte möglich sein, wenn ihr die > Temperatur die Woche über hoch gehalten habt... Missverständnis: Geglüht wurde ein paar Minuten. Dann konnte man ca. eine Woche am Silizium messen, bevor sich neues Oxyd bildete. Schliesslich sollten ja Messungen am Silizium selbst und nicht am Siliziumoxyd gemacht werden. Gruss Harald
Possetitjel schrieb: > Wenn Dein Steak in der Pfanne verbrennt, gibt es auch keinen > "Kohlenstoff, also Diamant". Keine Ahnung, unter welchen Bedingungen du dein Steak brätst. Für die Entstehung von Diamant ist ein gehöriger Druck erforderlich.
Schau doch einmal, wie ein mosfet hergestellt wird. Dabei werden u.a. "hohe" Temperaturen angewendet und dann sollte es klar werden, das die ursprüngliche Herstellung durch erneutes Erreichen entsprechender Temperaturen ungünstig beeinflusst wird. Ein normaler einfacher Siliziumkristall wird durch Temperaturen bis nahe dem Schmelzpunkt nicht beschädigt; es sind hauptsächlich die durch Diffusion hergestellten oder nachträglich diffundierbaren Strukturen, die verlorengehen, falls ein Chip zu heiss wird. MfG
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