Dicke silizium chip mosfet

oszi40 schrieb:

> Silizium od. Bonddrähte schmelzen je nach Aufbau zuerst.

Die gut 1400° zum Schmelzen des Siliziums wirst Du wohl kaum erreichen.

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?

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.

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

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.

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.

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

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

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