ICの最大動作温度

なぜそんなに多くのICが125Cの最大温度範囲を持っているのですか？それは、パッケージ材料の許容誤差、つまり、黒いプラスチックエンクロージャーやダイをパッケージに保持するボンディングエポキシやその他のものによるものですか？

すべての半導体特性は、温度に関する電荷キャリア密度に関するボルツマン統計の影響を受けます。固有のキャリアが存在するほど高温になります。ある時点で、固有のキャリア濃度が高くなりすぎて、ドーピング（n型とp型）が一掃されます。それは高温です。

導体には、加熱するとキャリアが移動しやすくなり、衝突が増えて抵抗が上がるという特性があります。半導体には、加熱するとキャリアが増え、抵抗が下がるという特性があります。

したがって、制限があることを確認するのは自然なことです。なぜ特にこれらの温度は、私にはわかりませんが、誰かが歴史的な答えを思い付くと確信しています。ただし、非常に広い温度範囲を設計すると、速度やマージンなど、他のパフォーマンスメトリックが損なわれるため、一部の温度を選択する必要があることは非常に重要です。

設計は、プロセス、温度、電圧のコーナーの場合のように、いわゆるPVTコーナーで指定されます。

シリコン集積回路（ICまたはチップ）の動作の軍事用温度範囲は-55C〜+ 125Cであり、これは実質的にあらゆるフィールド状況での動作を保証し、十分なマージンを確保します（125Cは水の沸点より25％高いです） ）。

ICの他の標準的な範囲は、自動車用に-40C〜+ 125C、産業用に-40C〜+ 85C、および商業用（たとえばTVセットのチップ）に対して0C〜+ 70Cです。これらの規格にはバリエーションがあります。たとえば、一部の自動車デバイスは+ 130C以上に拡張され、ホームコンピュータの高性能CPUチップは+ 55Cに制限される場合があります。

チップのパッケージは、チップの定格温度範囲に応じて選択され、一般に、低温デバイスにはプラスチック、高温デバイスにはセラミックのいずれかです。また、セラミックパッケージは優れた密閉性を備えており、パッケージを冷却するために外部ヒートシンクと結合する機能を備えている場合があります。

ICの製造元であるシリコンには限界があり、それを超えると、チップの回路によって生成された熱は、外部の放熱方法（ヒートシンク）に関係なく、永久的な損傷を防ぐのに十分な速さでシリコンを通り抜けてチップから出ることができません。CPUなどのデジタルチップのクロック信号が高速であるほど、クロック信号が高論理状態と低論理状態の間の遷移領域でより多くの時間を費やすため、発熱が大きくなります。クロック遷移は、一般的なデジタル回路がかなりの熱を生成する唯一の時間であるため、クロック速度が上がると、より多くの熱が生成されます。シリコンICのクロック速度の一般的な上限は約4 GHz（4,000 MHz）ですが、一部の専用デバイスははるかに高速にクロックできます。