探究车载数字芯片能承受的高温环境

　　随着应用场景的扩展，“汽车级”半导体产品的定义也在不断变化。超过AEC-Q100等级0（AEC-Q100是汽车集成电路应力测试标准，等级0为最高等级，对应的温度范围是-40℃至150℃）温度要求，仍须满足可靠性、使用期限与安全性要求的半导体产品也应运而生。这种超等级要求对于复杂数字芯片设计意味着什么？复杂数字芯片怎么才能满足车用环境的更严苛要求呢？

　　功率或者线性模拟器件的晶体管可以做得比较大，所以这类产品做到满足更高的温度要求并不是什么新鲜事，但是逻辑产品的晶体管尺寸越来越小，数字芯片要做到满足超等级环境温度要求还是非常有挑战的。绝大多数工业级元器件要通过125℃的测试标准，许多汽车级元器件则要通过150℃测试。

　　通过对德尔福、丰田、戴姆勒克莱斯勒等公司的研究，2004年Wayne Johnson与John Evans在题为《改变中的汽车电子环境》论文中表示，为追求“连接到发动机”的目标，汽车行业将汽车电子的耐受环境温度从等级0提到更高，从150℃提到175℃，戴姆勒甚至要求接近200℃。

　　汽车电子各系统环境温度

　　“把ECU放在发动机与变速箱附近成为设计潮流，这将使ECU需要耐受125℃以上的环境温度。成本的压力、可靠性要求的提高（10年/241350公里）与现场故障的高昂成本（召回、法律责任以及客户忠诚度）将使元器件须承受更高环境温度的需求越来越多。“

　　上面从系统级来考虑需求。但当环境温度超过150℃时，芯片本身会遇到不少严重问题。Johnson等很多人提出的一个问题就是“芯片在使用过程中有多少时间处于最高环境温度”当然这与器件的安装位置、安装方法、有无风冷等冷却措施以及环境温度变化趋势有关。

　　很明显，在汽车行业没有厂商愿意承诺十年质保。那么对于数字电路来说，在最高环境温度下，数据能保存十年吗？整个行业花了十年多的时间把汽车级数字电路的耐受温度提高到150℃，汽车厂商现在希望尽快将该指标提高到175℃甚至190℃。

　　当环境温度达到175℃时，浮动栅型闪存中存储的数据会很快失效。在这种温度环境下，单晶体管一次性编程存储器（One Transistor One Time Programmable Memory，简称1T-OTP）可作为浮动栅型闪存的替代品，这种存储器容量足够大，可满足严苛环境储存控制代码与数据的要求。

　　Sidense私下透露其正在与一家晶圆代工厂商验证满足175℃环境的1T-OTP IP。1T-OTP存储芯片要在汽车里面支持175℃环境温度并不容易，不但要通过各种工艺角测试，还要通过AEC的相关测试：数据存储寿命（Data Retention Storage Life， 简称DRSL）、高温运行寿命（High Temperature Operating Life，简称HTOL）、高温存储（High Temperature Storage，简称HTS）与经时绝缘击穿（Time-Dependent Dielectric Breakdown，简称TDDB）等。