【導讀】在汽車引擎艙的200℃熱浪中，或在深地鑽探設備的極限工況下
，集成電路（IC）的‘心髒’——半導體結溫正麵臨前所未有的挑戰。環境溫度與結溫的差值每擴大10℃，芯片壽命可能縮短一半。安森美（onsemi）的Treo平台的創新設計證明：通過材料革新（如SiC/GaN）與動態熱管理

，高溫IC的可靠性可提升3倍以上。本文將揭示環境溫度如何‘傳導’為結溫危機
，並拆解工業級解決方案的底層邏輯。

在汽車引擎艙的200℃熱浪中
，或在深地鑽探設備的極限工況下，集成電路（IC）的‘心髒’——半導體結溫正麵臨前所未有的挑戰。環境溫度與結溫的差值每擴大10℃，芯片壽命可能縮短一半。安森美（onsemi）的Treo平台的創新設計證明：通過材料革新（如SiC/GaN）與動態熱管理，高溫IC的可靠性可提升3倍以上。本文將揭示環境溫度如何‘傳導’為結溫危機，並拆解工業級解決方案的底層邏輯。

環境溫度

IC 及所有電子設備的一個關鍵參數是其能夠可靠工作的溫度範圍。具體的工作溫度範圍是根據其應用和行業來定義的（圖 1a）。

圖 1. 不同應用的溫度範圍及溫度曲線示例

例如
，對於汽車 IC 而言，溫度範圍取決於電子元件的安裝位置。如果位於乘員艙內，溫度範圍最高可達 85°C。如果位於底盤或發動機艙內
，但不直接位於發動機上，則溫度範圍最高可達 125°C。靠近或直接位於發動機或變速箱附近
，溫度範圍可達 150°C 或 160°C。在靠近刹車或液壓係統的底盤區域
，溫度最高可達 175℃。這些對高溫的要求適用於內燃機汽車，同時也適用於混動和全電動汽車。

當(dang)汽(qi)車(che)發(fa)動(dong)機(ji)運(yun)行(xing)時(shi)
，主(zhu)動(dong)冷(leng)卻(que)係(xi)統(tong)會(hui)有(you)效(xiao)控(kong)製(zhi)溫(wen)度(du)。然(ran)而(er)
，在(zai)最(zui)極(ji)端(duan)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，如(ru)車(che)輛(liang)行(xing)駛(shi)後(hou)停(ting)放(fang)在(zai)酷(ku)熱(re)環(huan)境(jing)中(zhong)

，此(ci)時(shi)主(zhu)動(dong)冷(leng)卻(que)係(xi)統(tong)停(ting)止(zhi)工(gong)作(zuo)
，發(fa)動(dong)機(ji)及(ji)其(qi)它(ta)部(bu)件(jian)的(de)熱(re)量(liang)逐(zhu)漸(jian)擴(kuo)散(san)，導(dao)致(zhi)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)溫(wen)度(du)上(shang)升(sheng)。即(ji)便(bian)如(ru)此(ci)
，當(dang)汽(qi)車(che)再(zai)次(ci)啟(qi)動(dong)時(shi)，所(suo)有(you)係(xi)統(tong)仍(reng)需(xu)在(zai)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)保(bao)持(chi)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。

對於適中的溫度條件，可以定義 IC 在靜態工作溫度下的預期使用壽命。例如
，在 125°C 的條件下可以連續工作 10 年。然而，對於像 175°C 這樣的高溫，使用 bulk CMOS 工藝實際上是不能實現的。通常，IC 不bu需xu要yao在zai其qi整zheng個ge生sheng命ming周zhou期qi內nei都dou以yi最zui高gao溫wen度du運yun行xing。在zai汽qi車che行xing業ye，常chang采cai用yong熱re曲qu線xian圖tu來lai替ti代dai固gu定ding的de靜jing態tai溫wen度du規gui範fan，將jiang整zheng個ge使shi用yong壽shou命ming劃hua分fen為wei不bu同tong的de工gong作zuo模mo式shi和he溫wen度du區qu間jian（段），隻有一小部分時間需要在極高溫度下工作（圖 1b）。

jiangdianziyuanjianbuzhizaigengkaojinyingyongdegaowenquyu，tongguojianshaozaoyinheganraokeyitigaochuanganqidejingduhefenbianlv。duiyudagonglvyingyong，jinliangjianshaodadianliukaiguanhuilukejianshaoganrao。caiyongjububihuankongzhixitongkejianqingzhongliangbingtigaoxingneng。raner，suoxiaomokuaichicunhuiyingonglvmidutigaohesanrewentierzengjiadianziyuanjiandewendu。

結溫

IC 工作時會有功耗，導致 IC 內部的實際半導體結溫高於環境溫度。溫度的升高取決於 IC 內部耗散的功率以及裸片與環境之間的熱阻。這種熱阻取決於封裝類型、PCB
、散熱片等（見圖 2）。

圖 2. 結溫升高

對於功率開關、功率驅動器、DC-DC 轉換器、具有高壓降的線性穩壓器（例如，在使用 DC-DC 轉換器不經濟的情況下


，用於汽車電池驅動模塊）或傳感器執行器來說，裸片高功耗是不可避免的。

熱阻取決於封裝類型和熱管理方式（圖 3）。對於常用的小型封裝，結到外部環境的熱阻大約為 50-90K/W（SOIC 封裝），以及大約 30-60K/W（QFP 封裝）。在某些應用中
，結至環境的熱阻可達每瓦數百開爾文。

圖3. 不同封裝類型IC散熱示例

結溫在 IC 的整個裸片上並不是均勻一致的。可能存在如功率驅動器等高功耗區。具有高功率驅動器的 IC 裸片溫度圖示例見圖 4。

圖 4. IC熱分布圖示例

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