探究車載數(shù)字芯片能承受的高溫環(huán)境

　　隨著應(yīng)用場景的擴(kuò)展，“汽車級”半導(dǎo)體產(chǎn)品的定義也在不斷變化。超過AEC-Q100等級0（AEC-Q100是汽車集成電路應(yīng)力測試標(biāo)準(zhǔn)，等級0為最高等級，對應(yīng)的溫度范圍是-40℃至150℃）溫度要求，仍須滿足可靠性、使用期限與安全性要求的半導(dǎo)體產(chǎn)品也應(yīng)運(yùn)而生。這種超等級要求對于復(fù)雜數(shù)字芯片設(shè)計(jì)意味著什么？復(fù)雜數(shù)字芯片怎么才能滿足車用環(huán)境的更嚴(yán)苛要求呢？

　　功率或者線性模擬器件的晶體管可以做得比較大，所以這類產(chǎn)品做到滿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越小，數(shù)字芯片要做到滿足超等級環(huán)境溫度要求還是非常有挑戰(zhàn)的。絕大多數(shù)工業(yè)級元器件要通過125℃的測試標(biāo)準(zhǔn)，許多汽車級元器件則要通過150℃測試。

　　通過對德爾福、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《改變中的汽車電子環(huán)境》論文中表示，為追求“連接到發(fā)動機(jī)”的目標(biāo)，汽車行業(yè)將汽車電子的耐受環(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℃。

　　汽車電子各系統(tǒng)環(huán)境溫度

　　“把ECU放在發(fā)動機(jī)與變速箱附近成為設(shè)計(jì)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(xiàn)場故障的高昂成本（召回、法律責(zé)任以及客戶忠誠度）將使元器件須承受更高環(huán)境溫度的需求越來越多。“

　　上面從系統(tǒng)級來考慮需求。但當(dāng)環(huán)境溫度超過150℃時，芯片本身會遇到不少嚴(yán)重問題。Johnson等很多人提出的一個問題就是“芯片在使用過程中有多少時間處于最高環(huán)境溫度”當(dāng)然這與器件的安裝位置、安裝方法、有無風(fēng)冷等冷卻措施以及環(huán)境溫度變化趨勢有關(guān)。

　　很明顯，在汽車行業(yè)沒有廠商愿意承諾十年質(zhì)保。那么對于數(shù)字電路來說，在最高環(huán)境溫度下，數(shù)據(jù)能保存十年嗎？整個行業(yè)花了十年多的時間把汽車級數(shù)字電路的耐受溫度提高到150℃，汽車廠商現(xiàn)在希望盡快將該指標(biāo)提高到175℃甚至190℃。

　　當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到175℃時，浮動?xùn)判烷W存中存儲的數(shù)據(jù)會很快失效。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，簡稱1T-OTP）可作為浮動?xùn)判烷W存的替代品，這種存儲器容量足夠大，可滿足嚴(yán)苛環(huán)境儲存控制代碼與數(shù)據(jù)的要求。

　　Sidense私下透露其正在與一家晶圓代工廠商驗(yàn)證滿足175℃環(huán)境的1T-OTP IP。1T-OTP存儲芯片要在汽車?yán)锩嬷С?75℃環(huán)境溫度并不容易，不但要通過各種工藝角測試，還要通過AEC的相關(guān)測試：數(shù)據(jù)存儲壽命（Data Retention Storage Life， 簡稱DRSL）、高溫運(yùn)行壽命（High Temperature Operating Life，簡稱HTOL）、高溫存儲（High Temperature Storage，簡稱HTS）與經(jīng)時絕緣擊穿（Time-Dependent Dielectric Breakdown，簡稱TDDB）等。