环境温度

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（图1a）。

（图1：不同应用的温度范围及温度曲线示例，图片来源网络）

以汽车IC为例，其温度范围取决于电子元件的安装位置。若位于乘员舱内，温度范围最高可达85°C；若位于底盘或发动机舱内，但不直接位于发动机上，温度范围最高可达125°C；靠近或直接位于发动机或变速箱附近，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，温度最高可达175℃。这些对高温的要求不仅适用于内燃机汽车，也同样适用于混动和全电动汽车。

当汽车发动机运行时，主动冷却系统会有效控制温度。然而，在最极端的情况下，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bulkCMOS工艺实际上是不能实现的。通常，IC不需要在其整个生命周期内都以最高温度运行。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（图1b）。

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。

结温

IC工作时会有功耗，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（见图2）。

（图2：结温升高，图片来源网络）

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（图3）。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，图片来源网络）

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，图片来源网络）

在高温IC设计中，准确把握环境温度和结温的特性及影响至关重要。只有充分考虑这些因素，才能设计出性能优良、可靠性高的高温IC产品，满足不同行业在极端温度条件下的应用需求。