Geïntegreerde schakelingen zijn de hersenen van bijna iedere moderne apparaat, van mobiele telefoon op een laptopcomputer naar ruimtestation. Een geïntegreerde schakeling, de grootte van een postzegel, kan meer dan een miljard transistors bevatten. Deze extreme miniaturisatie vraagt temperatuur uniformiteit in de wafeltjes van de silicon waarop de circuits zijn gebouwd. Thermische geleidbaarheid (weergegeven als "k") is een maat voor hoe gemakkelijk een materiaal warmte voert. Het is een kritieke parameter in het bepalen en ontwerpen voor uniformiteit van de temperatuur.
Feiten
Thermische geleidbaarheid is één van de vele thermische eigenschappen van het materiaal silicium. Andere eigenschappen omvatten soortelijke warmte (0.70 joule per gram graad Kelvin) die helpt bepalen nodig is om het verhogen van de temperatuur van de wafer, boiling point (2628 graden Kelvin), smeltpunt (1,683 K), kritische temperatuur (5,159 K), thermische richtgetal (.9 cm2 per seconde), lineaire thermische uitzetting of thermische uitzetting coëfficiënt (2.6 • 10-6 C-1), Debye temperatuur (640 K) en anderen.
Waarden
Thermische geleidbaarheid verandert als de temperatuurveranderingen. "Je moet de vereiste bedrijfstemperatuur in gedachten te houden bij het gebruik van thermische geleidbaarheid om temperatuur verdeling over de wafer," waarschuwt Michael Klebig, een gespecialiseerd in de toepassing van warmte in de halfgeleider wafer verwerking verkoopingenieur van Silicon Valley. "De verkeerde warmtegeleidingscoëfficiënt middelen u de uniformiteit van de temperatuur u moet niet zal bereiken en de prestaties van de apparaten zal worden aangetast. Als het is al erg genoeg, zult u kunnen doorgaan naar de volgende stap van de halfgeleider verwerking volgorde. De wafer zullen nutteloos."
Onzuiverheden
Er zijn twee soorten verontreinigingen in de chip van de silicon productieproces. Eerst worden onzuiverheden die inherent zijn aan de oorspronkelijke staaf silicium. Het tweede type van onreinheid staat bekend als een dopering, onzuiverheid doelbewust geïntroduceerd in het fabricageproces te veranderen van de elektrische eigenschappen van silicium in specifieke, blootgestelde gebieden op een wafer. Aangezien de hoeveelheid onzuiverheden stijgt, vermindert de thermische geleidbaarheid. "Als u ontwerpt voor temperatuur uniformiteit, moet u aanpassingen in reactie op de lagere waarde van de geleidendheid van gedoopt silicium," zegt Klebig. "Gedoopt silicium boven de 100 graden Kelvin heeft te verwaarlozen effect op de warmtegeleidingscoëfficiënt."
Deskundige inzicht
Bepalende temperatuur uniformiteit door gebruik van thermische geleidbaarheid en andere thermische eigenschappen is een zeer complexe taak. "Als een resultaat," zegt Klebig, "u moet gebruik maken van bekendste methoden bij het ontwerpen voor uniformiteit van de temperatuur, zoals 3D thermische finite element analysis (FEA) computer modeling. Grote technische organisaties hebben meestal hun eigen FEA modellering van groepen. Als u geen toegang tot een dergelijke bron binnen uw bedrijf, kunt u een ingenieursbureau FEA."
Wees ervan bewust dat de thermische geleidbaarheid materiaaleigenschappen verschillend voor silicium in vloeibare vorm zijn. Vloeibare silicium heeft drie keer de thermische geleidbaarheid van solide silicium.
