För att utöka andra svar.

1. Högre läckströmmar: detta kan leda till fler uppvärmningsproblem och kan enkelt leda till termisk utsläpp.
2. Signal till buller minskar när termiskt brus ökar: Detta kan resultera i en högre bitfelfrekvens, detta kommer att leda till att ett program läses fel och att kommandon tolkas fel. Detta kan orsaka "slumpmässig" operation.
3. Dopor blir mer rörliga med värme. När du har ett helt överhettat chip kan transistorn upphöra att vara transistorer. Detta är irreversibelt.
4. Ojämn uppvärmning kan göra att den kristallina strukturen i Si bryts ner. En normal person kan uppleva genom att sätta glas genom temperaturchock. Det kommer att splittras, lite extremt, men det illustrerar poängen. Detta är irreversibelt.
5. ROM-minnen som är beroende av en laddad isolerad platta kommer att kunna tappa minne när temperaturen ökar. Den termiska energin, om den är tillräckligt hög, kan tillåta elektronik att fly från den laddade ledaren. Detta kan skada programminnet. Detta händer mig regelbundet under lödning av IC: er som redan är programmerade när någon överhettar chipet.
6. Förlust av transistorkontroll: Med tillräcklig termisk energi kan dina elektroner hoppa över bandgapet. En halvledare är ett material som har ett litet bandgap så att det lätt överbryggas med dopmedel men tillräckligt stort för att den erforderliga arbetstemperaturen inte gör det till en ledare där gapet är mindre än materialets termiska energi. Detta är en överförenkling och är grunden för ett annat inlägg, men jag ville lägga till det och uttrycka det med mina egna ord.

Det finns fler anledningar, men dessa är viktiga.

Huvudproblemet med IC-drift vid höga temperaturer är den kraftigt ökade läckströmmen för enskilda transistorer. Läckströmmen kan öka i en sådan utsträckning att enhetens kopplingsspänningsnivåer påverkas, så att signaler inte kan spridas ordentligt i chipet och slutar fungera. De återhämtar sig vanligtvis när de får svalna, men så är inte alltid fallet.

Tillverkningsprocesser för drift vid hög temperatur (upp till 300 ° C) använder kisel-på-isolator CMOS-teknik på grund av det låga läckaget över ett mycket brett temperaturintervall.

Bara ett tillägg till några utmärkta svar: Tekniskt sett är det inte dopmedlen som blir mer rörliga utan det är en ökning av inneboende bärarkoncentration. Om något blir dopmedlen / bärarna mindre rörliga när kiselkristallgitteret börjar "vibrera" på grund av den ökade termiska energin vilket gör det svårare för elektronerna och hålen att strömma genom enheten - optisk fononspridning tror jag att fysiker kallar det men jag kanske ha fel.

När den inneboende bärarkoncentrationen ökar utöver dopningsnivån förlorar du elektrisk kontroll av enheten. Inneboende bärare är de som finns där innan vi dopar kisel, tanken på halvledare är att vi lägger till våra egna bärare för att generera pn-korsningar och andra intressanta saker som transistorer gör. Kisel fyller på cirka 150 grader, så värmesänkande RF- och höghastighetsprocessorer är mycket viktiga eftersom 150 grader inte är svårt att uppnå i praktiken. Det finns en direkt koppling mellan inneboende bärarkoncentration och en läckström från en enhet.

Som de andra käftarna har visat är detta bara en av anledningarna till att chips misslyckas - det kan till och med komma ner till något som enkelt som att en trådbindning blir för varm och dyker upp från sin kudde, det finns en enorm lista med saker.

Även om läckströmmarna ökar, skulle jag förvänta mig att en större fråga för många MOS-baserade enheter är att mängden ström som passerar genom en MOS-transistor i "på" -läge kommer att minska när enheten blir varm. För att en anordning ska fungera korrekt måste en transistor som kopplar om en nod kunna ladda eller urladda någon latent kapacitans i den delen av kretsen innan något annat förlitar sig på att noden har kopplats. Genom att minska transistors strömförmåga minskar hastigheten med vilken de kan ladda eller urladda noder. Om en transistor inte kan ladda eller urladda en nod tillräckligt innan en annan del av kretsen förlitar sig på att den noden har kopplats, kommer kretsen att fungera fel.

Observera att för NMOS-enheter fanns en designhandel av vid dimensionering av passiva uppdragstransistorer; ju större en passiv pull-up, desto snabbare kunde noden växla från låg till hög, men desto mer kraft skulle slösas bort när noden var låg. Många sådana enheter användes därför något nära kanten av korrekt drift och värmebaserade funktionsfel var (och för vintageelektronik förblir) ganska vanliga. För vanlig CMOS-elektronik är sådana problem i allmänhet mindre allvarliga; Jag har ingen aning om i praktiken i vilken utsträckning de spelar en roll i saker som multi-GHZ-processorer.

För att komplettera befintliga svar är dagens kretsar känsliga för följande två åldrande effekter (inte bara dessa utan de är de viktigaste på processerna < 150nm):

• HCI http : //en.wikipedia.org/wiki/Hot-carrier_injection
• NBTI & PBTI http://en.wikipedia.org/wiki/Negative-bias_temperature_instability

Eftersom temperaturen ökar bärarens rörlighet ökar det HCI- och NBTI-effekterna, men temperaturen är inte den främsta orsaken till NBTI och HCI:

• HCI orsakas av en hög frekvens
• NBTI av en högspänning

Dessa två kiselåldringseffekter orsakar både reversibla och irreversibla skador på transistorerna (genom att påverka / försämras isolatorsubstraten) som öka transistors spänningströskel (Vt). Som ett resultat kommer delen att kräva en högre spänning för att upprätthålla samma prestandanivå, vilket innebär en ökning av arbetstemperaturen och som sagt i andra inlägg kommer ett ökat transistorgrindläckage att följa.

Till sammanfattar, temperaturen kommer inte riktigt att göra att delen blir snabbare, det är högre frekvens och spänning (dvs. överklockning) som kommer att göra en del ålder. Men transistors åldrande kommer att kräva högre driftspänning som gör att delen värms mer.

Korolär: konsekvensen av överklockning är en ökning av temperaturen och den nödvändiga spänningen.

Den allmänna anledningen till att IC misslyckas oåterkalleligt beror på att aluminiummetallen inuti dem som används för att skapa sammankopplingar mellan de olika elementen smälter och öppnar eller kortsluter enheter.

Ja, läckströmmar kommer att öka, men i allmänhet är det inte själva läckströmmen som är ett problem utan värmen som detta orsakar och därmed skada på metallen inuti IC.

Strömkretsar (t.ex. strömförsörjning, högströmsdrivrutiner etc.) kan skadas på grund av att höga spänningar, när transistordrivrutinerna stängs av snabbt, genereras interna strömmar som orsakar att enheten låses ihop eller är ojämn kraftfördelning inuti den som orsakar lokal uppvärmning och efterföljande metallfel.

Ett stort antal (1000-tal) upprepade termiska cykler kan orsaka fel på grund av felaktigheter mellan mekanisk expansion av IC och förpackningen, vilket så småningom orsakar bindningstrådar att rippas av eller avgränsning av plastförpackningsmaterialet och efterföljande mekaniskt fel.

Naturligtvis anges ett stort antal IC-parametriska specifikationer bara över ett givet temperaturområde, och dessa kanske inte är speciella utanför detta . Beroende på design kan detta orsaka fel eller oacceptabel parametrisk förskjutning (medan IC är utanför temperaturområdet) - detta kan inträffa vid extrema höga eller låga temperaturer.