home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #19 / NN_1992_19.iso / spool / sci / electron / 14956 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1992-08-29  |  3.8 KB

  1. Path: sparky!uunet!cs.utexas.edu!uwm.edu!ogicse!verdix!bit!thomas
  2. From: thomas@bit.UUCP (Thomas Walter)
  3. Newsgroups: sci.electronics
  4. Subject: Re: How hot can the 486-50 cpu run ?
  5. Summary: Silicon - max temperature and how to figure JUNCTION temp.
  6. Message-ID: <414@bit.UUCP>
  7. Date: 28 Aug 92 17:20:22 GMT
  8. Article-I.D.: bit.414
  9. References: <1992Aug13.022914.1563@ariel.ec.usf.edu> <17AUG92.09220477@wl.aecl.ca> <1992Aug28.035445.6441@newsserver.rrzn.uni-hannover.de>
  10. Organization: BIT, Portland, OR
  11. Lines: 80
  12.  
  13.  
  14.  
  15. I can't take it any more, so here are my thoughts on "how hot will it
  16. run".
  17.  
  18. Q: How hot will that silicon run?
  19. A: Good question, how long do you want it to last?
  20.  
  21. Seriously, some silicon will function up to the 200C mark, but you
  22. may find your socket melted ! There are factors such as how robust
  23. the design is, and what sort of process is used. One of the oil drilling 
  24. companies poured a ton of money into developing a IC sensor that could with
  25. stand 300C but that was not your run of the mill silicon sensor! [To my 
  26. knowledge it never was developed, great opportunity for a niche market!]
  27.  
  28. For reliability, it would be best to keep the chip cool as possible. At the
  29. higher regions it may start to act "flaky". If you were to test the IC at
  30. various temperatures, versus supply voltages, and different temperatures
  31. you would get a series of "schmoo plots" showing the typical operating ranges.
  32.  
  33. I've worked with automotive IC's that were "hot chucked" at wafer sort to
  34. 140C. The idea was to screen any parts that did not perform at temperature,
  35. before they were mounted in a package, or on a hybrid. 
  36.  
  37. Motorola specified some of its ECL parts to have maximum temperature junction
  38. of 165C for ceramic packages, 140C for plastic packages. (MECL 10K/10KH family)
  39.  
  40. PACKAGE:
  41.  
  42. The junction temperature, Tj, for a given junction-to-ambient thermal 
  43. resistance O-ja (That "O" is supposed to a be a "theta" character, which
  44. isn't on my terminal!), power dissipation Pd, and ambient Ta, is given
  45. by:
  46.  
  47.     Tj = Pd * Ota + Ta
  48.  
  49.  example:
  50.  To figure out how hot the IC is, you need to know the thermal characteristics
  51.  of the package. I've worked with some 30W ECL devices, that have a total
  52.  theta of 2.5C/W [heat sinked; with 500 cfm air flow]. That would allow the
  53.  die to keep well below the design limit of 125C (mainly set for long term
  54.  reliability). Given an ambient temp of 25C + 30W*2.5C/W = 100C. 
  55.  
  56. If a heat sink with thermal resistance Osa (sink to ambient) is used and the
  57. thermal resistance from junction to case, Ojc, is given, the:
  58.  
  59.      Tj = Pd (Ojc + Ocs + Osa) + Ta
  60.  
  61.  example:
  62.  Given a 5 Volt linear regulator, with a 12v input, delivering 1 Amp of 
  63.  current; you would be dissipating 7 watts of power, 1Amp*(12-5). If the 
  64.  regulator had a 0jc of 15C/W [National Semi "H" package]; 0sc of 1W/C
  65.  (heat sink compound); and a Osa of 8W/C (heat sink);
  66.  
  67.     Tj = 7W (15C/W + 1C/W + 8C/W) + 25
  68.            = 7 W (24C/W) + 25C
  69.            = 193C  !!!! OUCH!
  70.  
  71.     (hint; the regulator will go into thermal shut down first!)
  72.  
  73. Repeating the above with a "K" case with a 3C/W; 
  74.  
  75.     Tj = 7W (3C/W + 1C/W + 8C/W) + 25
  76.        = 7W (12C/W) + 25
  77.            = 109C  
  78.  
  79. Hope that helps a little bit in explaining "how hot is it". I have picked
  80. some typical values, as an explanation. This should cover 95% of the
  81. Sci.electronics readers. My examples are towards worst case, actually a
  82. T220 package would have worked fine. Those in the semiconductor industry 
  83. will hopefully accept my brevity. I am open to further questions. 
  84.  
  85. Here at BIT (Bipolar Integrated Technology) we work with a lot of high power
  86. ECL devices, and have a "computer controlled wind tunnel" for thermal 
  87. characterization of our devices. This machine gives Theta j-a numbers from 
  88. still air to a 1000 lfm of air flow.
  89.  
  90. Hope this helps clarify "how hot",
  91.  
  92. Thomas Walter                     bit!thomas@cse.ogi.edu
  93.