随着科技的飞速发展，商业、工业、军事以及汽车等众多领域对耐高温集成电路（IC）的需求呈现出持续增长的态势。高温环境会对集成电路的性能、可靠性和安全性产生严重的制约，因此，迫切需要通过创新的技术手段来攻克相关的技术难题。通过深入剖析高温产生的根源，我们致力于缓解其引发的问题，从而增强集成电路在极端条件下的稳定性，延长其使用寿命，同时优化整体解决方案的成本。安森美（onsemi）的 Treo 平台提供了全面的产品开发生态系统，专门为支持高温运行而设计。
IC 以及所有电子设备的一个关键参数是其能够可靠工作的温度范围。具体的工作温度范围是根据其应用和行业来定义的（如图 1a 所示）。
图 1. 不同应用的温度范围及温度曲线示例
以汽车 IC 为例，其温度范围取决于电子元件的安装位置。如果电子元件位于乘员舱内，温度范围可达 85°C；若位于底盘或发动机舱内，但不直接位于发动机上，温度范围可达 125°C；当靠近或直接位于发动机或变速箱附近时，温度范围可达 150°C 或 160°C；在靠近刹车或液压系统的底盘区域，温度可达 175℃。这些对高温的要求不仅适用于内燃机汽车，同样也适用于混动和全电动汽车。
当汽车发动机运行时，主动冷却系统能够有效地控制温度。然而，在极端的情况下，例如车辆行驶后停放在酷热环境中，此时主动冷却系统停止工作，发动机及其它部件的热量会逐渐扩散，导致电子设备温度上升。即便如此，当汽车再次启动时，所有系统仍需在温度升高的条件下保持正常工作。
对于适中的温度条件，可以定义 IC 在静态工作温度下的预期使用寿命。例如，在 125°C 的条件下可以连续工作 10 年。然而，对于像 175°C 这样的高温，使用 bulk CMOS 工艺实际上是无法实现的。通常情况下，IC 并不需要在其整个生命周期内都以温度运行。在汽车行业，常采用热曲线图来替代固定的静态温度规范，将整个使用寿命划分为不同的工作模式和温度区间（段），只有一小部分时间需要在极高温度下工作（如图 1b 所示）。
将电子元件布置在更靠近应用的高温区域，通过减少噪音和干扰可以提高传感器的精度和分辨率。对于大功率应用，尽量减少大电流开关回路可减少干扰。采用局部闭环控制系统可减轻重量并提高性能。然而，缩小模块尺寸会因功率密度提高和散热问题而增加电子元件的温度。
IC 工作时会产生功耗，这会导致 IC 内部的实际半导体结温高于环境温度。温度的升高取决于 IC 内部耗散的功率以及裸片与环境之间的热阻。这种热阻取决于封装类型、PCB、散热片等（如图 2 所示）。
图 2. 结温升高
对于功率开关、功率驱动器、DC - DC 转换器、具有高压降的线性稳压器（例如，在使用 DC - DC 转换器不经济的情况下，用于汽车电池驱动模块）或传感器执行器来说，裸片高功耗是不可避免的。
热阻取决于封装类型和热管理方式（如图 3 所示）。对于常用的小型封装，结到外部环境的热阻大约为 50 - 90K/W（SOIC 封装），以及大约 30 - 60K/W（QFP 封装）。在某些应用中，结至环境的热阻可达每瓦数百开尔文。
图 3. 不同封装类型 IC 散热示例
结温在 IC 的整个裸片上并不是均匀一致的。可能存在如功率驱动器等高功耗区。具有高功率驱动器的 IC 裸片温度图示例见图 4。
图 4. IC 热分布图示例
综上所述，在高温 IC 设计中，深入理解环境温度和结温这两个关键因素至关重要。只有充分考虑这两个因素，才能设计出在高温环境下性能稳定、可靠的集成电路，满足各行业对耐高温 IC 的需求。
