芯片为何能耐300度高温却工作不超100度?

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这个问题令人困惑,自身发热难以承受,但外部的热量却能忍受。

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热风枪加热芯片的过程实际上是对芯片所能承受温度的一种测试。芯片的耐温能力主要取决于其材料特性,例如芯片内部较为敏感的铝材料,其最高耐温约为450度。而芯片整体的耐热性还与封装材料有关,如塑料、陶瓷或金属等,其中塑料耐热性较低,陶瓷和金属则较高。一般而言,短时间内300度的高温不会对芯片造成明显损害,这也是为了适应焊接工艺的需要。
然而,芯片在正常工作时对温度的要求更为严格。随着温度升高,材料的电学性能会发生变化,例如电子迁移速度和电阻率等,这些变化可能在不到100度时就导致芯片性能出现明显波动,影响其稳定运行。因此,大多数芯片的工作温度通常控制在几十摄氏度以内。对于一些高功率芯片,如CPU或电源模块,为了防止过热,往往需要配备散热装置来保证其正常工作。
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风枪吹出的热风温度可达300度,芯片和PCB会在此过程中逐渐吸热。开始时热量只停留在表面,随后慢慢传导至内部。当芯片底部温度达到185度(适用于中温锡)或210度(适用于高温锡)时,即可停止加热。加热所需时间受环境温度、风枪温度、风速、风嘴大小、焊接距离,以及芯片和PCB的导热性能与热容量等因素影响,实际操作中多依赖经验判断。
在芯片设计阶段,已考虑到其在特定温度范围内工作不会因热膨胀等问题而受损。若在高温环境下持续运行,芯片可能超出设计温度范围,极易造成内部电路损坏,从而显著缩短使用寿命。
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工作温度和外部温度是两个不同的概念。工作温度指的是芯片在运行过程中自身产生的热量,其上限主要由内部电路的设计功率和制造工艺决定,一旦超过安全范围,容易导致内部线路受损,通常表现为局部烧毁或焦化。而外部温度是指芯片所处环境的温度,由于高纯度硅材料的熔点较高,通常在1500℃左右,因此在封装过程中,焊接温度一般控制在450℃以内,主要是针对晶圆与封装之间的锡焊部分。以上就是两者的区别,欢迎大家补充指正。
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芯片在运行时因温度升高导致内部元件性能下降,从而被电流烧毁,高温只是诱因。当你用风枪加热没有通电的芯片时,虽然温度上升会使元件性能变差,但因无电流通过,不会造成损坏。待温度降低后,芯片性能便会恢复如初。
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芯片能承受的温度分为两种情况:300度是短时间高温下不损坏的极限值,而常见的工作稳定温度范围为-45至125度。部分芯片如能在225度下运行,通常需降低制程要求和工作频率以确保稳定性。
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热风枪焊接时,温度均匀覆盖整个芯片,不易造成局部过热,且加热时间较短。而芯片工作时,只有部分电路回路在运行,这些回路过热易导致断路或短路。
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工作时平均温度为100度,但内部部分电路可能远超此值;而升温至300度时,温度分布更均匀,且持续时间较短。
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人在50℃高温下可短时间承受,但体温若达50℃则生命垂危。
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