温度对电子元器件的影响

1.温度与电子元器件

• 温度对元器件的影响

      1温度升高会使电阻阻值降低；持续高温会降低电容的使用寿命；高温会使变压器、扼流圈绝缘材料的性能下降。

      2温度过高会造成焊点合金结构的变化——IMC增厚，焊点变脆，机械强度降低；

     3元器件内部结温的升高则会使晶体管的电流放大倍数迅速增加，导致集电极电流增加，又使结温进一步升高，最终导致元件失效。 

• 温度SPEC制定方式

       a: 不同的电子元器件有着不同的工作特性，制造商为了保证正常工作（放大倍率稳定，工作点不漂移，阻抗容抗固定等)，先通过改变温度，观察元器件的运行情况以及内部电流、电压、阻抗以及容抗的变化，得出元器件的极限工作温spec

       b：存储温度主要跟电极金属化层材料、厚度、致密性有关；运行温度（结温）与磁性材料选型、结构设计、封装结构等因素有关。

2.温度对IC工作特性的影响

• 因为IC多为半导体晶体管构成，半导体对温度的变化十分敏感，温度升高会引起载流子移动速度的变化，使得其导电特性改变，从而造成工作点漂移，增益出现不稳等问题。
• IC内部的晶体管在高温条件下，会使得反向饱和电流增大，从而导致IC内部电流增大，电流增大进一步增加温度，形成恶性循环，最终导致元器件的烧毁。
• IC内部的晶体管在低温条件下，会造成放大系数的降低，比如在55℃条件下，晶体管增益会下降40%左右，从而导致功能失效。
• IC内部的电容在高温条件下，会下降使用寿命。当环境温度超过电容器允许工作温度时，每上升10℃，电容工作寿命就会减小一半。

3.一些解决温度问题的常见方法

• 采用低功耗技术，以减少芯片产生的热量；
• 在设计中添加散热器或风扇等设备，提高散热效率；
• 采用温度传感器和控制电路，监测和控制芯片工作温度。

      在实际应用中，为了确保IC能够在各种环境下可靠运行，需要对其进行严格的温度测试和评估。这些测试可以模拟各种环境条件，并评估IC在不同温度下的性能和寿命。总之，虽然IC被广泛应用于许多电子设备中，但它们的稳定性和寿命受到温 度等因素的限制。因此，在设计和使用IC时必须考虑到温度问题，以确保它们能够在长时间内安全可靠地工作。

    通过上述分析，不难得出温度对于IC的使用有很大影响，IC厂商对此都各显神通，其中Novatek旗下的power IC  NT503XX系列做到了较高的输出效率，降低散热功耗，辅以完善的过温保护机制使产品使用体验更完善。当然终极目标还是在等待材料学能否做到室温超导，给IC设计带来一番新天地。 

 

Q&A

Q:作为开发我怎么来查询IC的工作温度？

A:常见的数据手册上会对IC工作温度范围有标识，没有的话可以咨询厂商。

Q：既然温度影响这么大，为什么厂商不做适应大范围温度的IC？

Ａ：成本问题，适应更大范围温度的IC需要的成本会大幅增加,如同工业级和车规级的成本和适用面不同。

Q：是不是一旦超过额定温度就不能使用了？

A：不一定，大部分IC短时间内超过额定工作温度不会造成损坏，但不推荐这么使用，会缩短使用寿命。

Q:除了IC本身，还能怎么保证温度处于合适？

A：大部分担心都是过温，因此增加散热措施，导热性更好的散热材料如石墨烯，风扇等物理降温手段。

Q:作为商用产品设计，我需求工作温度要求应该是多少？

A: 大多数半导体器件通常都会指明其需要在某种温度等级下使用，比如：“商业级”温度级别（0℃~70℃），工业级”温度级别（-40℃~+85℃），汽车工业级别温度为（-40℃～125℃），军工级别温度为（-55℃～+150℃），航天级别温度为（-55℃～+150℃）。可以根据产品应用选择范围。