Endüstriyel ve askeri ürünlerin sıcaklık aralığı neden bu kadar yüksek?

Wikipedia'dan elektrikli bileşenler için ortak sıcaklık aralığı:

Ticari: 0 - 70 ° C

Endüstriyel: -40 ila 85 ° C

Askeri: -55 ila 125 ° C

Bu sıcaklıklar Kanada veya Rusya gibi soğuk ülkelerde veya yüksek rakımlarda olduğu için alt kısmı (-40 ° C ve -55 ° C) anlayabilirim, ancak yüksek kısım (85 ° C veya 125 ° C) bazı parçalar için kafa karıştırıcı biraz.

Transistörler, kapasitörler ve dirençlerin ısıtılması çok anlaşılabilir olmakla birlikte, bazı IC'lerde yaklaşık olarak sabit düşük ısı üretimi vardır (mantık kapıları gibi)

1. Eğer bir mikrokontrolcüyü düşünürsem veya 50 ° C ortamdaki bir Sahara çöllerinde çalıştırılırsa (dünyada daha yüksek bir sıcaklık var mı bilmiyorum) neden 125 ° C veya 85 ° C'ye ihtiyacım olsun ki? İçindeki güç kaybından kaynaklanan ısı 50 ° C veya 70 ° C olmamalıdır, aksi halde Ticari kısım hemen, örneğin, 25 ° C ortamlarda arızalanır mı?

2. Sıcaklıkların tüm yıl boyunca sadece 0–35 ° C arasında değişebildiği ılımlı bir iklimde yaşıyorsam ve aynı ülkeye yönelik endüstriyel ürünler tasarlarken (ihracat yok) ticari kalite bileşenleri kullanabilirim (sertifikasyon, yasal düzenlemeler olmadan) ve hesap verebilirlik var ve sadece mühendislik etiği eylemlerinizi yönetiyor?

Silikonun yaşadığı maksimum sıcaklık ortamdan çok daha fazla olabilir. 50 ° C ortam kesinlikle olur. Bu sadece 122 ° F. Şahsen, Yuma Arizona'nın kuzeyindeki Kofa Doğal Yaşam Korunağında yaşadım. En kötü durum için tasarlamalısın, arzulu bir duruma değil. Diyelim ki ortam 60 ° C (140 ° F) olabilir.

Bu başlı başına bir sorun değil, fakat bunu kendi başınıza anlamıyorsunuz. Açık havada 60 ° C okuyan termometreyi alın ve güneşte yerde oturan metal bir kutuya koyun. Çok daha sıcak olacak.

Phoenix AZ’de güneşin altında bir arabanın kaputunda yumurta fırlayan birini gördüm. Verilmiş, bu kasıtlı olarak bu amaç için kurulmuş bir dublördü. Otomobil dik açıda park edilmiş, kaput parçası dik açıda yatırılmış ve düz siyah boyanmıştır. Ancak, hala güneşte oturan bir metal parçanın gerçekten ısınabileceğini gösteriyor.

Bir keresinde Las Vegas havaalanında birkaç günlüğüne park etmiş bir araba bırakmıştım. Bu ucuz "çubuk" tükenmez kalemlerden birini kontrol panelinde bırakmıştım, kısmen yana yapıştırıyordum. Geri döndüğümde, kalem, gösterge panelinin dudağının üzerinden 90 ° 'de eğildi. Bu tür kalemlerin hangi sıcaklıkta eridiğini bilmiyorum, ama açıkça, kapalı bir kutuda yeterince yaygın koşullar altında ortamdan çok daha fazla ısınıyor.

Kontrol panelinde ucuz bir parça tüketici elektroniği bıraktıysanız ve çalışmadıysa, muhtemelen biraz tahriş olur, sonra fırlatır ve değiştirirsiniz. Yağ pompanızın kontrol ünitesi çok sıcak olduğu için yaz aylarında çalışmayı keserse, çok para kaybedersiniz, oldukça üzülürsünüz ve muhtemelen yenisini daha ciddiye alan farklı bir şirketten satın alırsınız. Eğer füze savunma sisteminiz çalışmayı bıraktıysa, geliştirildiği Massachusetts'deki bazı güzel rahat testler yerine Irak’ın çölünde konuşlandırdıysanız, ölmüş olursunuz. Kovulmayan ihale memurları, tüm elektronik cihazların yüksek sıcaklıkta çalışmasını zorunlu kılacak ve bu şartlar altında test edilmeleri konusunda ısrar edecektir.

Her şeyden önce, askeri teçhizat pahalıdır. Aslında, müşteriniz ödeme yapmak istiyorsa, yüksek sıcaklıklardaki şeyleri test etmeyi göze alabilirsiniz. Askeri müşteriler normal insanların sadece hayal edebileceği bütçelere sahipler.

Öyleyse, belli ki, bir füzeye bir IC yerleştirirseniz, füzeniz yakma ucundan veya hava sürtünme ucundan ısınırsa bu şeyin başarısız olmasını istemeyebilirsiniz. Aynı şey uyduya, kıtalararası rokete vb. Konabilecek şeyler için de geçerlidir: uzaya çarptığınız anda ve yeryüzünün gölgesinde kaldığınızda, işler gerçekten soğuyabilir. Askeri ve Havacılık (genellikle aynı şirketlerdir), bir cihazın çok fazla hızlanmaya dayanmasını beklediğiniz, saniyeler içinde sıcak-soğuk-sıcak-soğuk-sıcak olması gereken tipik bir yer. iyi entegre ve hafif ve maliyetlerin riske kıyasla gerçekten önemli olmadığı yerlerde:

Temel fark (sıcaklık yönetiminin fiziksel olarak nasıl yapıldığının yanı sıra) bu üç uygulama grubunun farklı bir risk değerlendirmesi yapmasıdır:

• Tüketici / ticari sınıf cihaz : TV'lerin 1 / 5000'i beş yıl içinde arızalanır çünkü bazı IC çok uzun süre sıcakta pişirilir. Kötü bir şey. Birçok müşteri sadece yeni bir tane alacak. Kalan 1 / 10.000 müşterileri için, rakiplerinizin de aynısını yaptığınız için hizmet yapmak (bunu ürün maliyetinize göre hesaplamak) ya da bozulmuş bir görüntüyle yaşamak zorunda kalacaksınız (gerçekten yapmak zorunda değilsiniz). Bu nedenle, tasarımlarınızda daha fazla güvenlik marjına sahip olmak, kabul edilebilir çevresel koşulların kenarındaki bileşenleri test etmek kadar az mantıklı değil. Bir pazarın içinde fiyat en önemli olduğunu ve başarısızlık oranı esas üreticinin maliyesi bir endişe kaynağıdır.
• endüstriyel sınıf cihaz : Müşteriniz, ürününüzde çok pahalı bir üretim hattına sahip olan kişidir . Diyelim ki Volkswagen'in üretim hattı hala 8 saat duruyor, çünkü IC'niz çalışmadı. Bu, henüz yarattığınız çok katı bir zarar. VW, tedarikçilerinin bu riski yönetilebilir tutmak için bileşenleri oluşması muhtemel tüm ortamlar için test ettiklerinden ve biraz daha ötesinde olduklarından emin olmak için fazladan ödeme yapmaya istekli olacaktır.
• otomotiv sınıfı cihaz : İnsan yaşamı tehlikede. Yani arabalar, cehennem gibi titreşimle cehennem gibi karmaşık olmasından kadar önemli değil, cehennem gibi kısmen sıcak olsun ve içinde dışarı alınır milyonlarca endam ne olursa olsun unsur güvenilir (sadece bile olsa sıcak işe biraz aldığını, yani güvenlik açısından kritik olmayan bir şey), gerçekten pahalı olan birçok araca servis yapmanız gerekebileceği ve marka imajınızı riske atmanız gerektiği anlamına gelir . Her ülkenin "güvenilir ve kötü elektronik aksamı olan otomobil üreticisi" a karşı kendi önyargıları vardır ve satışlarını ciddiye almaktadır.
• Askeri sınıf cihaz : Peki, ordunun vaadi ne zaman olursa olsun hazır olmaktır. Onlar olacak değil onlar aşırı çevresel özelliklerini yerine getirmek için tüm tedarikçileri sormadı sırf başarısız şeyi riske. Bu şekilde hareket ederler - özellikle uygulamanız yine de cehennem kadar pahalıysa (savaş uçaklarını düşünün) veya on binlerce kişiye konuşlandırılıyorsa ve hala hayati ve görev açısından kritikse (askeri iletişim ekipmanı düşünün) risk almak için hiçbir şey bırakmayın.

Askeri (ve genel olarak havacılık) teçhizatı genellikle:

1. Bastırılmamış bir bölmede, ekipmanın soğutulması anlamına gelir. Konveksiyon soğutma, ısıyı konveksiyonla transfer etmek için çok az hava molekülü bulunduğundan, 30.000 feet'te anlamını yitirir. Isıyı yalnızca iletimle etkin biçimde aktarmak çok daha zordur.

2. Parlama bölgesinde (avcı uçağındaki kanopinin hemen altında düşünün) ve bu bölge çok sıcak olabilir.

3. Ortam sıcaklığının 70C'yi aşabileceği bir bölmede.

4. Buzlanma koşullarından (sıfırın altında) çok sıcaklığa (Mach 2 ya da öylesine) sıcaklık aralığında değişebilen bir kanadın ön kenarında, mevcut az sayıda molekülün bile sürtünmesi hala çok yüksektir, bu yüzden uzay mekiği yeniden giriş için ayrıntılı ısı yönetimi vardı).

Kısa süre boyunca 85C'lik bir kart kenarı sıcaklığı gereksinimine sahip olmak olağandışı değildir (tipik olarak 30 dakika) ve birleşme sıcaklığını 120 ° C'ye veya daha fazla bir seviyeye çıkarmak için çok fazla işlemci (isim ancak bir cihaz tipinde) aktivitesi gerektirmez.

Özetle, askeri ve havacılık ortamları gerçekten zordur (tesadüfen aşağı delik uygulamalarında olduğu gibi).

Başkalarının da belirttiği gibi, tam nitelikli askeri sınıf parçalar pahalı olabilir (ticari eşdeğerin 10 katı ve bazı durumlarda daha fazla); Buna cevaben, bazı üreticiler , daha önceki çözümler kadar değil, yine de premium olan plastik parçalar için tarama programları hazırladılar.

[Güncelleme]

Kart kenarı sıcaklıkları yorumuna cevaben, tipik bir iletken soğutmalı şasi:

Şasinin dış kısmı, soğuk bir duvar (sıcaklığı biliyor olabiliriz) olarak bilinir ve basitçe metal olabilir veya makul ölçüde iyi bilinen bir sıcaklığı korumak için başka yöntemlere sahip olabilir.

Şimdi burada, ısı merdivenli tipik bir kart var:

Bunlar genellikle alüminyumdan yapılır (ucuzdur ve iyi termal parametrelere sahiptir) ve merdivenler yukarıdaki muhafazanın yan kenarlarıyla temas halindedir; kutunun dış ve iç kısımları arasında bir miktar ısı farkı olacağından, PCB için gerekli olan sıcaklık, kartın kenarında görebileceğiniz gibi, bu iç ısı merdivenine ayarlanır .

Isının, bileşenlerden bu noktaya ulaşması gerektiğinden, PCB'nin sıcak bir bileşendeki (bir işlemci veya GPU gibi) PCB'nin 85C'lik bir kart kenarı sıcaklığıyla (genellikle belirli olan) 95C'ye veya daha fazla olması alışılmadık değildir. gereksinimi).

$0.4 \frac {W} {mK}$

Bazı durumlarda, termal olarak kaplanmış PCB'leri kullanmamız gerekebilir, bununla birlikte pahalı olması, ısıyı çıkarmanın tek yolu olabilir.

Diğer birkaç yorum ve cevap, elektronik devrelerin kapalı alanda olması gerektiğinden ve kendi ısı üretiminin orada ısınmasına neden olduğunu belirtti. Bu yeterince stresli değil. Endüstriyel, ticari ve otomotiv ekipmanı için, elektronik devrelerin her türlü kontaminantı dışarıda tutmak için genellikle sıkıca kapatılmış mahfazalarda kapatılması gerekir. Ek olarak, daha yüksek güç seviyeleri yaygındır. Çok sayıda motor kontrolü, proses ısıtma kontrolü ve çok çeşitli güçlü aktüatörler vardır. Mikro kontrol cihazlarının, bu tür ekipmanlarla aynı panolarda çalışabilmesi gerekir. Ticari binalarda, havalandırma ve soğutma ekipmanı ısıtma motor kontrolörleri ve mikro kontrolörleri genellikle sıcaklık kontrollü olmayan çatı muhafazalarına kurulur.

Yaygın endüstriyel ekipmanlar, kendi ısısı nedeniyle ısınır. Bir muhafaza içindeki tipik bir sıcaklık artışı 20-30 derece C'dir. Klimasız bir binaya yerleştirilirse, sıcaklık kolayca 70-80 dereceye çıkar ve bazen endüstriyel aralık bile yeterli olmaz. Bu gibi durumlarda her türlü soğutma kullanılır: pasif konveksiyon, zorlanmış konveksiyon, su soğutması vb.

Neden bu kadar yüksekler? çevre yüksek olduğundan ve her şey güzel bir sıcaklık kontrollü ortamda oturmayacak ... İnsanların ihtiyacı var, elektronik cihazlar uçak almaz ... Motor kapağına takılan parçalar 85C'lik bir ortam deneyimleyecektir. Yükseklikte, gövdenin bazı kısımları -55C'yi yaşayacak.

Hepsi yanma testi ile ilgili. Silikon levha, üretildiği zaman bazı kusurlara sahiptir ve her bir eleman son bir incelemeden geçmek zorundadır. Bu nedenle, pazar hedefine göre, farklı sıcaklıkların ayarlandığı yerlerde test için (muhtemelen donmaya gerek yok, muhtemelen gerekli değil) bilmiyorum, yanma odası var.

Tüketicide, bir kusur varsa, IC'lerin çoğu da hayatta kalır. Sanayide, büyük bir kusurlu gofreti olanlar, askeri yanma odasında, sadece küçük bir kusuru olanlar, başarısız olacaktır.

Yani, eğer şanslıysanız, ordu kadar iyi bir tüketici kısmını elde edebilirsiniz. Söylemeyi unuttum - test genellikle arızalı parçalar için yıkıcıdır.

Gördüğüm gibi 3 soru soruyorsun. Bir ana soru ve 2 alt soru (1,2).

Asıl sorunun cevabı, endüstriyel ve askeri ürünlerin gerçekte belirtilen sıcaklık aralığını deneyimleyebileceği ve kullanıcıların verilen sıcaklık aralığında kullanılmaları durumunda ürünlerin başarısız olamayacağından emin olmak istemeleridir .

1. soruya verilen cevap, dikkate alınması gereken iki ek parametre olduğudur: a) güç tüketimi, b) güvenlik payı.
Bir yonganın gücü tüketebilmesi için ortam sıcaklığının iç sıcaklığından 35C daha düşük olması gerekir. Ayrıca, gereken maksimum sıcaklığın 25 C altında bir güvenlik marjı sağlanmalıdır. Bu gereklilikleri hesaba katmak için, 50 ° C'lik bir ortam sıcaklığında kullanılacak bir ürünün 110 ° C'den (50 + 35 + 25) daha az çalışabilmesi gerekir. Bu nedenle, 125 ° C'de çalışan bileşenlere ihtiyaç duyulması çok makul görünüyor.

Alt sorusuna 2 cevabı hayır , kullanmak olmamalıdır ticari dereceli bileşenleri, bu yapraklar emniyet payı ! Endüstriyel sınıf kullanmanız gerekir veya daha iyisidir.

Mevcut cevapların bazıları için en iyi şekilde ele alınan basit sorunun cevabı (sorunun odaklandığı sıcak tarafta), cihazın güç dağıtımının, cihazın sıcaklığını kolayca derecelendirilen (veya ötesine) alabilmesidir. sıcaklık. Tasarımcıların işi, cihazı işlevsel bir aralıkta tutmaktır; Cihaz 50C için derecelendirilmişse ve 50C ortamında çalışıyorsa, HERHANGİ bir gücü harcayamaz, bu nedenle bazı aktif soğutma sistemleri olmadan çalışamaz.

Aynı 50C'deki bir 125C cihazı, sisteme uygulanan herhangi bir termal dirençte gücün dağıtılmasını sağlayan 75C'lik bir termal tavan boşluğuna sahiptir.

Diğer bir sebep ise: Çünkü olabilirler!

Alan uygulamaları için kesinlikle daha yüksekler (daha düşük bir sıcaklık için).

Açıklanamayan aşağı oy nedeniyle düzenle:

Belki bu cevap birileri için çok kısaydı. Biraz daha açıklayayım.

İşte size bazı endikasyonları gösteren bir sayfa.

• Gerçek silikonun üst sınırı tipik olarak 150 ° C'dir. Bu nedenle, ambalajın ve güç tüketiminin izin vermesi durumunda, ambalajın sınırı 150 ° C - 125 ° C olamaz.
• Gerçek silikonun alt sınırı, yukarıdaki bağlantıya göre yaklaşık -117 ° C'dir (100 ° C). Uygulamada entegre devrelerin tasarım noktalarından çok uzak.
• Ticari ve endüstriyel devrelerin sınırları daha büyükse, o zaman ekonomi meselesi var: daha fazla cihazın atılması gerekecek. Bu yüzden tekrar - ürünleri ticari ve endüstriyel uygulamalar için ekonomik açıdan ilgi çekici tutmak için, işletme sınırlarının sınırlandırılması gerekiyor - ekonomik olarak daha yüksek olamaz (bugün bu sınırların tanımlandığı zaman geçmiştekinden daha az geçerlidir).
• Pazar küçük olduğundan ve aynı zamanda diğer sınıflarla çalışmayı öğrendiklerinden alan derecesi yoktur - örneğin elektronikler sıcaklığın sınırlar içinde olduğu ve çok fazla değişmediği uydunun merkezine yerleştirilir. Ayrıca özel tasarımlar kullanırlar - özellikle radyasyonla sertleştirilmiş cihazlar [radyasyon uydunun çekirdeğine gelebilir] ve radyasyona daha az maruz kalan teknoloji.