为什么芯片的工作温度不能超过100℃，却又可以承受280℃以上的热风？
这个问题问得非常到位，它触及了半导体器件在实际应用中一个非常关键但又容易被误解的点：芯片本身的极限工作温度与外部热风的接触温度是两个完全不同的概念。 咱们就来掰扯掰扯这其中的门道，让它听起来就像是老刘在午后阳光下边摇着蒲扇边跟你聊天一样，透着一股子实在劲儿。
芯片的“娇贵”：为什么不能超过100℃？
首先，得把芯片这个小东西的真实身份给捋清楚。你说的“芯片”，在电子行业里更专业的说法是集成电路（Integrated Circuit, IC）。它里面密密麻麻地挤满了微小的晶体管、电阻、电容等等，这些都是用半导体材料（主要是硅）制造出来的。
想象一下，这些微小的“零件”就像是极其精密的机械装置，它们之所以能工作，是依靠控制电流的微小变化来传递信息。这就好比你拨动一个极其灵敏的开关，一点点力气就能让它做出反应。
而温度，尤其是过高的温度，对这些精密的结构来说，就像是给它们施加了巨大的“压力”和“折磨”：
1. 材料性能的改变（最直接的影响）：
半导体本身的电阻率会随温度升高而增大。 刚开始，这可能只是增加一点点的功耗，但温度继续升高，会影响到晶体管的开关速度和信号的可靠性，变得“迟钝”甚至“失控”。
金属导线（连接芯片内部各个部分的“电线”）的电阻也会增加。 这会加剧焦耳热效应，使得芯片内部发热更严重，形成恶性循环。更糟的是，过高的温度还会导致金属材料的迁移，即金属原子在电场和温度梯度的作用下发生移动，长时间下来会造成连接断裂，这就是所谓的“电迁移”（Electromigration）。
绝缘层材料（隔离不同电路部分的关键）的性能也会下降。 它们会变得更容易漏电，甚至击穿，导致电路短路。
2. “应力”的出现（物理上的折磨）：
不同的材料（硅、金属、绝缘层、封装材料）在受热时，膨胀的程度是不一样的，这个叫做热膨胀系数。当温度快速升高或降低时，这些材料之间就会产生巨大的热应力。
这就好比你把一块棉布和一块金属紧紧绑在一起，然后一起烘烤。由于它们膨胀不一样，就会把布料拉扯得变形，甚至撕裂。芯片内部的结构极其精细，一点点的应力都可能导致微小的裂缝产生，最终造成永久性损坏。
3. 可靠性大幅降低（寿命缩短）：
即使芯片在100℃下还能勉强工作，但长时间处于这种高温环境，其寿命会大大缩短。就好比一台机器，你一直把它开到极限转速，它肯定比只用一半转速的机器坏得快。
半导体制造过程中留下的微小缺陷，在高温下会被放大，加速损坏过程。
所以，那“100℃”或者“125℃”（这是很多高性能芯片的常见上限）是芯片正常工作且能保证一定可靠性和寿命的最高温度点。超过这个温度，就像是对一台精密仪器的要求过高了，它可能会罢工，或者即使能工作，也像是在“玩命”。
为什么能“不怕”280℃的热风？
这就说到关键了：你说的“热风”是什么？它接触的是芯片的哪个部分？
1. 热风只是“传递媒介”，它不直接等于芯片内部的温度：
电子产品的制造过程中，有一个很重要的环节叫做焊接。比如将芯片固定在电路板上，或者电路板上的其他电子元件焊接在一起，就需要用到焊锡。
而我们平时使用的焊锡，其熔点通常在180℃到220℃之间（比如无铅焊锡的熔点就在217℃左右）。为了让焊锡能够均匀、可靠地熔化并连接好元件，就需要比焊锡熔点更高的温度。
因此，在波峰焊、回流焊等焊接工艺中，会使用高温热风（或者红外线、蒸汽等）来加热整个电路板及上面的元件。这个热风的温度确实可能达到250℃甚至更高。
2. 芯片的“保护壳”：封装（Packaging）
你看到的芯片，通常都被一层黑色的塑料或者陶瓷外壳包裹着，这个叫做封装。它的主要作用就是保护内部脆弱的硅芯片免受物理损伤和环境污染。
封装材料的选择非常重要，其中一个关键指标就是它的耐热性。常用的环氧树脂（Epoxy）封装材料，虽然我们觉得它坚固，但它的热变形温度（HDT）大概在150℃到200℃之间。然而，为了承受焊接时的瞬时高温，许多高性能的封装材料能够耐受更高的温度。
更关键的是，即使是塑料封装，它的导热性通常是不好的。这意味着外部的热风虽然温度很高，但热量需要一段时间才能缓慢地传递到内部的硅芯片。
3. “短暂的加热”，而不是“长时间的烘烤”：
焊接工艺中，热风对整个电路板的加热是有时间限制的。通常在高温区域停留的时间很短，可能只有几十秒到一两分钟，然后会经历一个冷却过程。
这个短暂的高温暴露，虽然会使芯片的表面温度和封装材料的温度达到很高，但由于热量传递的惯性，内部的硅芯片温度上升速度相对较慢，并且在工艺结束后能快速冷却下来。
这就好比你把一个鸡蛋快速地在滚烫的水里过一下，鸡蛋黄和蛋清可能会凝固，但它不会像你一直把鸡蛋放在火上烤那样，整个都烧焦了。
4. “豁免权”与设计考虑：
设计芯片的时候，工程师们会考虑到它可能要经历的各种制造和测试过程。因此，芯片的内部结构、材料选择以及封装技术，都会在一定程度上考虑其对瞬时高温的耐受能力。
有些特殊的芯片，比如用于汽车电子或航空航天领域，可能会采用更耐高温的陶瓷封装或特殊的材料，以应对更严苛的工作环境。
所以，我们可以这样理解：
芯片的“工作温度上限”是描述它在正常运行时，内部硅片能够承受的最高温度，以保证其性能稳定和长期可靠性。
而焊接时接触的“280℃热风”是外部环境温度，它通过封装材料传递给芯片，并且这种高温作用是短暂的。
芯片的设计和制造，就是在这些极限之间寻找一个平衡点。它需要在强大的功能、微小的体积和一定的成本之间找到最佳方案。所以，内部不能“常驻”高温，但要能经受住“短暂的洗礼”。这就好比一个人，平时需要规律作息健康饮食才能长寿，但偶尔参加个高强度训练营，只要恢复得过来，身体也能承受。
总而言之，芯片的温度管理是一个复杂但又至关重要的工程问题，它涉及到材料科学、热力学、半导体物理以及制造工艺等多个领域。我们看到的数字，只是冰山一角，背后是无数工程师的智慧和努力。
芯片的“娇贵”：为什么不能超过100℃？
首先，得把芯片这个小东西的真实身份给捋清楚。你说的“芯片”，在电子行业里更专业的说法是集成电路（Integrated Circuit, IC）。它里面密密麻麻地挤满了微小的晶体管、电阻、电容等等，这些都是用半导体材料（主要是硅）制造出来的。
想象一下，这些微小的“零件”就像是极其精密的机械装置，它们之所以能工作，是依靠控制电流的微小变化来传递信息。这就好比你拨动一个极其灵敏的开关，一点点力气就能让它做出反应。
而温度，尤其是过高的温度，对这些精密的结构来说，就像是给它们施加了巨大的“压力”和“折磨”：
1. 材料性能的改变（最直接的影响）：
半导体本身的电阻率会随温度升高而增大。 刚开始，这可能只是增加一点点的功耗，但温度继续升高，会影响到晶体管的开关速度和信号的可靠性，变得“迟钝”甚至“失控”。
金属导线（连接芯片内部各个部分的“电线”）的电阻也会增加。 这会加剧焦耳热效应，使得芯片内部发热更严重，形成恶性循环。更糟的是，过高的温度还会导致金属材料的迁移，即金属原子在电场和温度梯度的作用下发生移动，长时间下来会造成连接断裂，这就是所谓的“电迁移”（Electromigration）。
绝缘层材料（隔离不同电路部分的关键）的性能也会下降。 它们会变得更容易漏电，甚至击穿，导致电路短路。
2. “应力”的出现（物理上的折磨）：
不同的材料（硅、金属、绝缘层、封装材料）在受热时，膨胀的程度是不一样的，这个叫做热膨胀系数。当温度快速升高或降低时，这些材料之间就会产生巨大的热应力。
这就好比你把一块棉布和一块金属紧紧绑在一起，然后一起烘烤。由于它们膨胀不一样，就会把布料拉扯得变形，甚至撕裂。芯片内部的结构极其精细，一点点的应力都可能导致微小的裂缝产生，最终造成永久性损坏。
3. 可靠性大幅降低（寿命缩短）：
即使芯片在100℃下还能勉强工作，但长时间处于这种高温环境，其寿命会大大缩短。就好比一台机器，你一直把它开到极限转速，它肯定比只用一半转速的机器坏得快。
半导体制造过程中留下的微小缺陷，在高温下会被放大，加速损坏过程。
所以，那“100℃”或者“125℃”（这是很多高性能芯片的常见上限）是芯片正常工作且能保证一定可靠性和寿命的最高温度点。超过这个温度，就像是对一台精密仪器的要求过高了，它可能会罢工，或者即使能工作，也像是在“玩命”。
为什么能“不怕”280℃的热风？
这就说到关键了：你说的“热风”是什么？它接触的是芯片的哪个部分？
1. 热风只是“传递媒介”，它不直接等于芯片内部的温度：
电子产品的制造过程中，有一个很重要的环节叫做焊接。比如将芯片固定在电路板上，或者电路板上的其他电子元件焊接在一起，就需要用到焊锡。
而我们平时使用的焊锡，其熔点通常在180℃到220℃之间（比如无铅焊锡的熔点就在217℃左右）。为了让焊锡能够均匀、可靠地熔化并连接好元件，就需要比焊锡熔点更高的温度。
因此，在波峰焊、回流焊等焊接工艺中，会使用高温热风（或者红外线、蒸汽等）来加热整个电路板及上面的元件。这个热风的温度确实可能达到250℃甚至更高。
2. 芯片的“保护壳”：封装（Packaging）
你看到的芯片，通常都被一层黑色的塑料或者陶瓷外壳包裹着，这个叫做封装。它的主要作用就是保护内部脆弱的硅芯片免受物理损伤和环境污染。
封装材料的选择非常重要，其中一个关键指标就是它的耐热性。常用的环氧树脂（Epoxy）封装材料，虽然我们觉得它坚固，但它的热变形温度（HDT）大概在150℃到200℃之间。然而，为了承受焊接时的瞬时高温，许多高性能的封装材料能够耐受更高的温度。
更关键的是，即使是塑料封装，它的导热性通常是不好的。这意味着外部的热风虽然温度很高，但热量需要一段时间才能缓慢地传递到内部的硅芯片。
3. “短暂的加热”，而不是“长时间的烘烤”：
焊接工艺中，热风对整个电路板的加热是有时间限制的。通常在高温区域停留的时间很短，可能只有几十秒到一两分钟，然后会经历一个冷却过程。
这个短暂的高温暴露，虽然会使芯片的表面温度和封装材料的温度达到很高，但由于热量传递的惯性，内部的硅芯片温度上升速度相对较慢，并且在工艺结束后能快速冷却下来。
这就好比你把一个鸡蛋快速地在滚烫的水里过一下，鸡蛋黄和蛋清可能会凝固，但它不会像你一直把鸡蛋放在火上烤那样，整个都烧焦了。
4. “豁免权”与设计考虑：
设计芯片的时候，工程师们会考虑到它可能要经历的各种制造和测试过程。因此，芯片的内部结构、材料选择以及封装技术，都会在一定程度上考虑其对瞬时高温的耐受能力。
有些特殊的芯片，比如用于汽车电子或航空航天领域，可能会采用更耐高温的陶瓷封装或特殊的材料，以应对更严苛的工作环境。
所以，我们可以这样理解：
芯片的“工作温度上限”是描述它在正常运行时，内部硅片能够承受的最高温度，以保证其性能稳定和长期可靠性。
而焊接时接触的“280℃热风”是外部环境温度，它通过封装材料传递给芯片，并且这种高温作用是短暂的。
芯片的设计和制造，就是在这些极限之间寻找一个平衡点。它需要在强大的功能、微小的体积和一定的成本之间找到最佳方案。所以，内部不能“常驻”高温，但要能经受住“短暂的洗礼”。这就好比一个人，平时需要规律作息健康饮食才能长寿，但偶尔参加个高强度训练营，只要恢复得过来，身体也能承受。
总而言之，芯片的温度管理是一个复杂但又至关重要的工程问题，它涉及到材料科学、热力学、半导体物理以及制造工艺等多个领域。我们看到的数字，只是冰山一角，背后是无数工程师的智慧和努力。
网友意见
IMEC 官方表示，没有经过聚酰亚胺钝化处理的芯片最高耐温 400 摄氏度。 使用聚酰亚胺，最高温度为 250 摄氏度
来自：Nizhnik, Oleg. (2016). Re: What is the maximum temperature a silicon chip can be exposed to after CMOS fabrication?. Retrieved from: https://www.researchgate.net/post/What-is-the-maximum-temperature-a-silicon-chip-can-be-exposed-to-after-CMOS-fabrication/56a2b2ad64e9b2954c8b4567/citation/download.
不仅取决于介电材料是否耐高温，还有其他失效的高温—时间对应关系：
众所周知半导体和引脚之间需要键合（wirebonding）链接，键合是有温度的
如果温度过高键合可能断开失效，所以温度也受键合种类影响。
当然同理，超大规模集成电路芯片内部也有大量的铜互连，铜-半导体界面会在200-250度时因为内应力断开形成开路。（DOI：10.5772/intechopen.72396）
说白了就是半导体和铜的热胀冷缩幅度不一样，所以连接会断。
这个问题在Reddit有一样的：
可以理解成，风280度但是吹到芯片上温度降低了。
芯片主要有三个参数与温度有关：
储存（storge）温度、工作（operating/junction）温度、焊接（lead）温度
你说的两个温度不是一回事，焊接时电路板需要预热，还要严格控制温度时间曲线。
而且你说的Tjunction一般芯片内置温度传感器的量程，280度热风吹的是bga芯片（焊球温度也就100～150度，用的锡一般是135度低温和185度中温)，就算是lga的底座也就260度，没到280度。
这两个东西都不是一个维度的怎么比较
Ref：
- doi：10.1109/16.902741
-
- C. Bailey, "Modelling the effect of temperature on product reliability," Ninteenth Annual IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium, 2003., 2003, pp. 324-331, doi: 10.1109/STHERM.2003.1194380
- A. Bansal, Yuan Li and D. Fritz, "Reliability of large organic flip-chip packages for industrial temperature environments," 2004 Proceedings. 54th Electronic Components and Technology Conference (IEEE Cat. No.04CH37546), 2004, pp. 1802-1806 Vol.2, doi: 10.1109/ECTC.2004.1320363.
- Zahn, Bret A. "Comprehensive solder fatigue and thermal characterization of a silicon based multi-chip module package utilizing finite element analysis methodologies." Proceedings of the 9th International ANSYS Conference and Exhibition. ANSYS Inc., 2000.
-
只要没电流，一切都好说。
集成电路在工作的时候非常害怕高温，一是过热激发高能载流子会增大晶体管被击穿短路的概率；二是晶体管性能随温度会发生变化，高温会使部分电路因为性能变化无法正常工作；三是高温提高电迁移导致导线工作寿命下降。
但是这一切问题的前提都是电路正在工作，电路中有电流。如果没在工作没电流，根本不存在电迁移，也不需要在乎电路性能，至于晶体管击穿，等温度高到那种程度二氧化硅都该融化了。不上电，高温最多就制造点晶格缺陷非常微小地减低工作寿命，只要你别搞到破坏晶体结构的那种高温，芯片完全不在乎。
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