探究車(chē)載數字芯片能承受的高溫環(huán)境

　　隨著(zhù)應用場(chǎng)景的擴展，“汽車(chē)級”半導體產(chǎn)品的定義也在不斷變化。超過(guò)AEC-Q100等級0（AEC-Q100是汽車(chē)集成電路應力測試標準，等級0為最高等級，對應的溫度范圍是-40℃至150℃）溫度要求，仍須滿(mǎn)足可靠性、使用期限與安全性要求的半導體產(chǎn)品也應運而生。這種超等級要求對于復雜數字芯片設計意味著(zhù)什么？復雜數字芯片怎么才能滿(mǎn)足車(chē)用環(huán)境的更嚴苛要求呢？

　　功率或者線(xiàn)性模擬器件的晶體管可以做得比較大，所以這類(lèi)產(chǎn)品做到滿(mǎn)足更高的溫度要求并不是什么新鮮事，但是邏輯產(chǎn)品的晶體管尺寸越來(lái)越小，數字芯片要做到滿(mǎn)足超等級環(huán)境溫度要求還是非常有挑戰的。絕大多數工業(yè)級元器件要通過(guò)125℃的測試標準，許多汽車(chē)級元器件則要通過(guò)150℃測試。

　　通過(guò)對德?tīng)柛?、豐田、戴姆勒克萊斯勒等公司的研究，2004年Wayne Johnson與John Evans在題為《改變中的汽車(chē)電子環(huán)境》論文中表示，為追求“連接到發(fā)動(dòng)機”的目標，汽車(chē)行業(yè)將汽車(chē)電子的耐受環(huán)境溫度從等級0提到更高，從150℃提到175℃，戴姆勒甚至要求接近200℃。

　　汽車(chē)電子各系統環(huán)境溫度

　　“把ECU放在發(fā)動(dòng)機與變速箱附近成為設計潮流，這將使ECU需要耐受125℃以上的環(huán)境溫度。成本的壓力、可靠性要求的提高（10年/241350公里）與現場(chǎng)故障的高昂成本（召回、法律責任以及客戶(hù)忠誠度）將使元器件須承受更高環(huán)境溫度的需求越來(lái)越多。“

　　上面從系統級來(lái)考慮需求。但當環(huán)境溫度超過(guò)150℃時(shí)，芯片本身會(huì )遇到不少?lài)乐貑?wèn)題。Johnson等很多人提出的一個(gè)問(wèn)題就是“芯片在使用過(guò)程中有多少時(shí)間處于最高環(huán)境溫度”當然這與器件的安裝位置、安裝方法、有無(wú)風(fēng)冷等冷卻措施以及環(huán)境溫度變化趨勢有關(guān)。

　　很明顯，在汽車(chē)行業(yè)沒(méi)有廠(chǎng)商愿意承諾十年質(zhì)保。那么對于數字電路來(lái)說(shuō)，在最高環(huán)境溫度下，數據能保存十年嗎？整個(gè)行業(yè)花了十年多的時(shí)間把汽車(chē)級數字電路的耐受溫度提高到150℃，汽車(chē)廠(chǎng)商現在希望盡快將該指標提高到175℃甚至190℃。

　　當環(huán)境溫度達到175℃時(shí)，浮動(dòng)柵型閃存中存儲的數據會(huì )很快失效。在這種溫度環(huán)境下，單晶體管一次性編程存儲器（One Transistor One Time Programmable Memory，簡(jiǎn)稱(chēng)1T-OTP）可作為浮動(dòng)柵型閃存的替代品，這種存儲器容量足夠大，可滿(mǎn)足嚴苛環(huán)境儲存控制代碼與數據的要求。

　　Sidense私下透露其正在與一家晶圓代工廠(chǎng)商驗證滿(mǎn)足175℃環(huán)境的1T-OTP IP。1T-OTP存儲芯片要在汽車(chē)里面支持175℃環(huán)境溫度并不容易，不但要通過(guò)各種工藝角測試，還要通過(guò)AEC的相關(guān)測試：數據存儲壽命（Data Retention Storage Life， 簡(jiǎn)稱(chēng)DRSL）、高溫運行壽命（High Temperature Operating Life，簡(jiǎn)稱(chēng)HTOL）、高溫存儲（High Temperature Storage，簡(jiǎn)稱(chēng)HTS）與經(jīng)時(shí)絕緣擊穿（Time-Dependent Dielectric Breakdown，簡(jiǎn)稱(chēng)TDDB）等。