由G32R501结温数据引发从实验室级测量到量产验证，全面掌握高精度结温监测技术勘探求索

只看该作者 · 2025-7-2 23:18

今天在查阅极海公司官网，惊奇发现”G32R501-基于 Cortex-M52 内核的 32 位实时微控制器”这款产品的数据手册更新了最新版，我对极海公司的G32R501双核产品早就产生了浓厚的兴趣，喜欢看他们公司的产品手册，了解其产品功能特点。

今天在看到手册上提到结温（TJ）：–40°C 至 125℃/150°C；环境工作温度（TA）：-40°C 至 105℃或-40°C 至 125℃时，不禁对结温的测试产生了好奇，结温究竟怎么样测试出来的呢？于是我翻阅了主流MCU厂商结温（Tj）测试方法，并总结了一下，给各位网友提供参考。

在MCU（微控制器单元）的设计和应用中，结温（Junction Temperature, Tj）的准确测量至关重要，尤其是汽车电子、工业控制等高可靠性场景。不同半导体厂商（如ELMOS、TI、ST、NXP）采用不同的测试方法，本文将对比它们的结温测试方案，并给出适用于其他MCU厂商的通用测量建议。

1. 主流MCU厂商结温测试方法对比

(1) ELMOS（依尔莫斯）—— 汽车级高可靠性测试

核心特点：

- AEC-Q100 Grade 0认证（最高等级，支持150°C高温运行）。

- 多核热均衡管理，确保双核/多核MCU温度均匀。

- 破坏性物理分析（DPA）用于量产抽样检测。

测试方法：

方法	说明
红外热成像（IR）	采用开窗封装或透明材料，提高红外测量精度（±1°C）。
热电偶直接测量	局部去封装，微型热电偶贴附Die表面，动态监测核间温差。
内置TSENSOR校准	分段线性补偿（-40°C~150°C），数据存储于OTP。
ATE量产测试	100%温度循环（-40°C~150°C），筛选±2°C误差芯片。

适用场景：汽车ECU、电机控制等高温高可靠性应用。

(2) TI（德州仪器）—— 高精度传感器+热建模

核心特点：

- 带隙温度传感器（±1°C校准后精度）。

- 支持外部热敏二极管接口（如TMS570系列）。

- JEDEC标准热阻模型（ΘJA/ΘJC）。

测试方法：

方法	说明
红外热成像	用于早期验证，部分型号采用Exposed Die Pad优化测量。
热电偶/RTD测量	高精度数据采集（如NI PXIe），用于动态负载测试。
ATE自动测试	结合TSENSE和热敏二极管，快速筛选不良品。
ANSYS Icepak仿真	优化封装热设计（如HotRod™封装技术）。

|

适用场景：工业自动化、无线通信MCU（如CC系列）。

---

(3) ST（意法半导体）—— 低成本内置传感器方案

核心特点：

- 内部TSENSOR典型精度±2°C（需校准）。

- 热阻参数（ΘJA）标定，适用于消费级和工业级MCU。

- 红外抽检用于量产验证。

测试方法：

方法	说明
红外热成像	用于工程样品测试，受封装材料影响较大。
内置TSENSOR校准	两点校准（如STM32的TS_CAL1/TS_CAL2）。
ATE测试	主要依赖内部传感器，成本较低。
热仿真（ANSYS）	用于评估PCB布局对结温的影响。

|

适用场景：消费电子、通用嵌入式系统（如STM32系列）。

(4) NXP（恩智浦）—— 车规级全流程验证

核心特点：

- AEC-Q100 Grade 0/1认证，支持高温高可靠性应用。

- 三阶多项式补偿，提高全温度范围（-40°C~150°C）精度。

- Flotherm XT热仿真，优化系统级散热设计。

测试方法：

方法	说明
红外+热电偶	针对Exposed Die Pad封装，提高测量准确性。
内置Tempsense模块	支持多区域温度监测（如CPU/GPU/内存）。
ATE+T3Ster测试	结合热瞬态分析，快速验证封装热阻。
AEC-Q100 HTOL测试	150°C高温老化1008小时，确保长期可靠性。

适用场景：汽车电子（如S32K/S32G系列）、ADAS域控制器。

2. 对其他MCU厂商的结温测量建议

若使用的MCU厂商未提供详细结温测试方案（如国产MCU），可参考以下方法：

(1) 优先使用内置温度传感器

- 校准：在恒温箱中进行两点校准（如0°C和100°C），存储补偿系数。

- 软件滤波：采用滑动平均或卡尔曼滤波，减少ADC噪声影响。

(2) 外部温度测量验证

- 热电偶/NTC：贴近MCU封装测量表面温度，结合热阻模型推算结温：

\[

T_j = T_{surface} + (P_{diss} \times Θ_{JC})

\]

- 红外热像仪：适用于实验室环境，但需注意封装材料影响。

(3) 动态负载测试

- 运行高负载任务（如FFT计算或PWM满占空比），监测温升曲线，评估散热设计是否合理。

(4) 热仿真辅助设计

- 使用ANSYS Icepak或Flotherm建立3D模型，预测不同工况下的结温分布。

(5) 量产测试优化

- ATE自动化测试：在高温/低温箱中批量测试MCU温度传感器读数。

- 抽样破坏性测试：对部分样品进行开盖热电偶测量，确保数据可靠性。

3. 总结

厂商	核心方案	精度	适用领域
ELMOS	汽车级AEC-Q100+多核热管理	±1°C（校准后）	汽车ECU、电机控制
TI	带隙传感器+热敏二极管	±1°C	工业、无线通信
ST	低成本内置TSENSOR	±2°C	消费电子、嵌入式
NXP	车规级三阶补偿+Flotherm仿真	±1°C	汽车电子、ADAS

|

通用建议：

1. 高精度需求（如汽车电子）：优先选择内置校准传感器+外部热敏二极管方案（类似NXP/TI）。

2. 低成本应用（如消费电子）：依赖内部TSENSOR+软件滤波（类似ST）。

3. 可靠性验证：结合热仿真（ANSYS/Flotherm）和实际测量，确保散热设计合理。

通过合理选择测试方法，即使对于未明确提供结温测试方案的MCU厂商，也能实现较准确的温度监测和热管理。

通过以上结温测试技术学习，让我了解到测试mcu结温是一个大工程，要应用于国内产品技术实现，需要各方技术团队紧密配合，目标一致，才能形成各家厂商内部结温的独特测试方法。从而可以实现提升芯片的整体可靠性性能指标，提升芯片的竞争力。