Minimum çalışma sıcaklığı - Dış Alan?


43

Bazı mikrodenetleyicilere baktım ve -25 derece veya -10 derece gibi bazı "garip" minimum çalışma sıcaklıklarına sahip olduklarını gördüm. Ama neden minimum, maksimum olduğunu gerçekten anlayamıyorum. Anlıyorum çünkü her şey erir ve kırılır, direnç artar, sinyaller çok zayıf olur. Ama sen soğuk tarafa gittiğinde. Her şey daha iyi ve daha iyi olur, direnç azalır, her şey daha kararlı hale gelir. Ama yine de ... minimum çalışma sıcaklığı -25 derece ... Neden 0 Kelvin değil?

Çünkü mars-rover ve diğer uyduları düşünüyordum, güneşin arkasındayken yaklaşık 0-50 kelvin'de çalışıyorlar, mars-rover ... wiki'ye göre −87 ° C kadar soğuk olur (- 125 ° F). Ve bu hala -25 dereceden çok daha soğuk.

Peki, birisi bana neden mikrodenetleyicilerin minimum çalışma sıcaklığına sahip olduğunu açıklayabilir mi? Ne kadar iyiyse o kadar iyi.


1
-25 Muhtemelen alan için araca vb. Bağlı olarak yeterince soğuk değildir. Ayrıca mikrodenetleyicinizin radyanjın zor olduğundan şüpheliyim, bu yüzden zaten çok uzun sürmeyecek. Ancak Alaska ya da Kanarya’daki bir araba teybi ya da soğuk suya batırılabilecek ancak hala çalışması beklenen başka bir cihaz hakkında düşünün. Kalıp hızlı bir şekilde ısınır, ancak etrafındaki hava vb. Zaman alır. Ticari parçalar çok fazla üşürlerse kilitlenirler ve ardından mevcut çekimi algılamıyorsanız ve eritmezseniz erir.
old_timer

Yanıtlar:


42

2. Düzenleme! Aşağıdaki jk cevabını temel alan yarı iletkenler hakkındaki cevabımı değiştirdim, değiştirdiğim yanlış parçaları görmek istiyorsanız, geçmişi okuyun!


Her şey belli sınırlar içinde garipleşir. Elbette, direnç iletkenlerde artıyor, ancak yarı iletkenlerde artıyor ve bu IC'nin çalışma şeklini değiştiriyor. Transistörlerin, dirençlerini değiştirebilmeniz temelinde çalıştıklarını ve sıcaklık o kadar düşük düşerse direncini azaltamayacağınızı unutmayın, bir sorununuz var! Birdenbire, yarı iletkeninizin temelde bir direnç haline geldiğini düşünün ... nasıl kontrol edersiniz? Artık aynı şekilde davranmıyor! Şimdi -25 ° C'yi nereden alacağınız konusunda biraz kafam karıştı, çünkü endüstriyel / askeri şartnamenin minimum çalışma sıcaklığı için -40 ° C'ye getirmesi gerekiyor.

Ancak uzay sorusu için, bir uzay laboratuarında çalışırken buna cevap verebilirim! Genel olarak, uzayda üç termal kaygınız var:

1) Uzayda, yalnızca ısı yayarsınız. Radyasyon sıcaktan kurtulmanın korkunç bir yoludur. Atmosferde, etrafınızdaki havaya ısı iletir ve bu da soğutmayı çok kolaylaştırır. Yani uzayda, ısıyı daha büyük radyasyonlu yüzeylere sokmak için büyük soğutucuları koymak zorundasınız.

2) Isı üretmeyen bir bileşeniniz varsa, o zaman alan gerçekten soğukkanlılık hissetmenize izin vermekten mutluluk duyar! Genel olarak yaptığınız şey, yaydıklarından daha fazla ısı üretmeyen, ancak termal sınırları olan bileşenleri tutmak için aktif ısıtma elemanlarına sahip olmanızdır.

3) Isı dalgalanmaları yaygındır çünkü güneş ışınlarından çıkıp tekrar gireceksiniz. Bu nedenle, sıcakken ısı yayan ve olmadığı zaman için bir ısıtıcı yayan büyük bir soğutucu içeren aktif termal yönetiminiz olmalıdır.

Ayrıca daha düşük ve daha yükseğe çıkan genişletilmiş sıcaklık aralığı cihazları da alabilirsiniz, ancak hemen hemen her zaman bir sınırı vardır. Bazıları soğuk sıcaklığın kalıba çarpacağı yerler içindir, çünkü metal plastikten daha fazla büzülür (veya tersi), bu yüzden de depolama için limitleri listeliyorlar!

Sınır, çoğunlukla malzemelerdedir. Ayrıca, paketleme için seramikten yapılan ve termal sınırları da azaltabilen veya düşürebilen, boşluk dereceli yongalar alma eğilimindedir.

Neyse, umarım bu senin için açıklar. Başka herhangi bir soruyu deneyebilir ve cevaplayabilirim, ancak düşük sıcaklıktaki yarı iletkenlerin fiziğinin benim biçimim olmadığını itiraf edeceğim!


1. Düzenleme:

İşte düşük sıcaklıklarda yarı iletken bir kafes boyunca bir akım akışı oluşturacak kadar heyecanlanan daha az elektron olduğu fikri hakkındaki bir wikipedia girişine bir link . Bu size direncin neden yükseldiği ve neden 0 Kelvin'in bir seçenek olamayacağı konusunda iyi bir fikir verecektir.


1
İlginç okuma! Gerçekten de, bağlanma tellerinin büzülme nedeniyle plastik ambalajlarda kopacağını düşünüyorum.
jippie

Altın bondwire'daki CTE gerilimi donmanın altında bir faktördür. Herhangi bir giriş varsa kesilecekse, donmadaki Nemin genişlemesi.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75, 13:12

IC'leri uzayda öldürecek sıcaklık değil, endişelenmeniz gereken Gama radyasyonu.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

4
Uzayda IC'leri öldürecek her türlü şey var. Radyasyona bağlı kilitlenmeler kesinlikle endişe vericidir, ancak bazı testler yapıyorlar ve modern transistörler üzerindeki ufak üretim büyüklüğü onları eski devrelerden daha garip hale getirdi (garip bir şekilde). Ancak, her iki durumda da, uzay ortamı hakkında herhangi bir şeyi tek tek çıkarabileceğinizi ve “BU! Bunu zorlaştıracak olan şey” diyebileceğinizden emin değilim. Her şey zor (bu çinko kaplı konektörleri korkunç bir seçim yapan dışlayıcı endişelerden bile bahsetmiyor) ve sizi oraya götürmek için bitti. Alan zor!
Kit Scuzz

1
Bir atmosferde, yalnızca havaya ısı iletmez, aynı zamanda bu sıcak havayı ısı kaynağından uzağa taşımak için konveksiyon kullanırsınız. Birinin fiyatı için iki soğutma yöntemi ... ki bu bedava olacak.
MBraedley

14

Kit'in cevabı, uzayda bulunan bileşenler hakkında tam olarak ölü, ama yarı iletkenler ve iletkenler üzerinde biraz genişleyeceğimi düşündüm (matematik olmadan çok gevşek).

İletkenlerin direnci sıcaklıktaki bir düşüşle azalır. Bu gevşektir, çünkü direnç, serbest akışlı elektronların içinden aktıkları kristal kafesdeki titreşimler tarafından yavaşlatılmasından kaynaklanır. Sıcaklığın düşürülmesi, titreşimlerin daha az olması demektir.

Yarı iletkenlerin direnci sıcaklıktaki düşüşle artar. Bu gevşek, çünkü ilk önce düşük sıcaklıklarda şarjı taşımak için serbest elektrona sahip değiller. Isıtıldıklarında daha fazla yük taşıyıcı alırlar ve bu durum yapıdaki artan titreşimden ekstra direnç gösterir.

Son olarak, süper iletkenler garip kuantum fenomenine güvenir. Ya çok çok soğuk sıcaklıklarda ve / veya serbest elektronları 3d fizi değil 2d filme hapsoluyorlar ve fiziğin tuhaflaşmasına izin veriyorlar.


Bu, yarı iletkensiz elektroniklerin genellikle aşırı düşük sıcaklıktaki yarı iletken elektroniklerden daha güvenilir olacağı anlamına mı geliyor?
Lie Ryan,

3
@LieRyan Bunun yerine ne kullandığınıza bağlı olmaz mı? Örneğin, aşırı düşük sıcaklıktaki bir ortamda çalışan vakum tüpleri, başka önlemler alınmadıkça, iç kısım (filamentler) ve ortam ortamı arasındaki aşırı sıcaklık farkından dolayı yüksek bir başarısızlık riskine sahip görünüyor.
12'de bir CVn

Evet, cihaz fiziğini kullanmaya başladığımdan beri ... Düzeltme için teşekkürler!
Kit Scuzz,

4

katma Uzay Taşıt Sistemleri Enstitüsü (AVSI) bu soruya araştırmalara yapmaktadır.

“Entegre Devre Güvenilirliğine Doğru Kantitatif Arıza Fiziği Yaklaşımı” Kararları, özellikle özellik büyüklüklerinin son 30 yılda küçültülmüş olduğu için, sonuçları fiziğe ve Kök neden analizine dayanmaktadır.

1) ElectroMigration (EM) (yarı iletkenin metalik iyonların yavaş sızıntısından kirlenmesi)

2) Zamana Bağlı Dielektrik Bozulma (TDDB) veya oksit yalıtkanını zayıf alanlardan (ve gama radyasyonundan) geçiren iletken yolun yavaş tünellenmesi

3) Sıcak Taşıyıcı Enjeksiyonu (HCI) , bir delik konsantrasyonunun, hücre kenarları tarafından başarısızlığa kadar kademeli olarak aşınan radyasyonun neden olduğu bellek durumunu kalıcı olarak değiştirmek için kullanılan bellek tuzaklarının dielektrik bariyerini atlatması durumunda.

4) Negatif Eğilim Sıcaklık Değişkenliği (NBTI) PMOS transistör eşik gerilimlerini değiştiren NBTI gerilimleri, transistör geometrileri 90 nm ve altına ulaştığında ve başarısızlığa neden olacak kadar statik uzun süreli şarj tuzakları ile daha da şiddetlendiğinden daha belirgin hale gelmiştir.

Yukarıda belirtilen DÖRT NEDENLER şimdi derin uzay IC'leri ve tüketici IC'leri ile en yaygın olanıdır. Alan daha fazla radyasyon ve çevresel stres faktörüne sahiptir. Moore Yasası da bu yeni başarısızlık modlarını hızlandırdı.

Tarihsel olarak, eski teknoloji IC'lerinin en yaygın jenerik nedeni, sıcaklık aralığında sınırlıdır; paketleme ve çevresel stres ile çalışmaktan kaynaklanmaktadır.

Bu nedenle termal şok, yoğuşma ve hızlı buharlaşma ile birlikte termal kaymanın analog etkileri Consumer IC, plastik durumlarda 0 ~ 85 'C ile sınırlıdır. Mükemmel bir sızdırmazlık değildir ve nem girişi mümkündür. Ancak yer sertleştirilmiş cam pasifleştirilmiş seramik IC'lerin bile termal sınırları vardır. Aşağıda belirtilen nem sorunlarına ek olarak, en son onaylanan sorunları da okuyun.

Düzenlemeyi sonlandır

Zaman içinde yeterli miktarda nem molekülü varsa ve alt tabakayı dondurup çatlatırsa, başarısız olur. Donmuş bir durumda donmuş nem molekülleriyle çalışıyorsa ve sonra çözülür ve korozyona veya sızıntıya neden olur ve arızalanır. Bu senin hatan. Bazı plastik contalar biraz daha iyidir ve kendiliğinden ısınan bazılarının belirli temps altında donmasını önler, bu da nemin göçünü azaltır.

Üst uçta, popcorm etkisi cipsin uçmasına neden olur ve Sumitomo nedeniyle son 40 yılda Black epoksi derecesi önemli ölçüde iyileşmiştir. Clear Epoksi bazı LED kasalarında veya IR cihazlarında iyi değildir ve kullanılmaz. Bu nedenle lehimlemeden önce LED'ler kuru kalmalıdır. Altın bıyık telleri olmayan büyük LED motorlarının modern tasarımları belli bir RH @ Temp değerine sınırsız olarak değerlendirilirken, geri kalanı yüksek RH'ye birkaç gün açık maruz kaldıktan sonra risk altındadır. Gerçekten geçerli bir risk ve altın telleri kesmesi dışında ESD'yi yaralamak kadar kötü.

Bu nedenle, tüm boşluk veya askeri sıcaklık aralığı parçalarının kablolar üzerinde cam kaplamalı seramik olma eğilimi vardır ve tüketici parçaları 0'C'ye derecelendirilmiştir.

Endüstriyel ve Askeri sıcaklık aralığı gibi istisnalar, Askeriye göre Sanayi'den daha geniş bir sıcaklık aralığında ihtiyaç duyulan daha sıkı özelliklerden kaynaklanmaktadır, ancak ikisi de garanti edilmeyen analog özelliklerin çok geniş bir aralıkta çalışır.

CMOS sıcaktan daha hızlı soğur. TTL, soğuktan daha sıcak bir şekilde eğlenir ve daha az ısıyı dağıtmak için kavşak sıcaklıkları düşer. Sadece bir saat sonra ordunun işe yaradığını ispat etmesi için HDD-8 "disk sürücülerini bir saat sonra <-40'C kuru buz torbası üzerinde test ettim, ancak kafa çarpışmalarını önleyen yoğuşma garantisi yok. saniye saniye .... ama donma noktasının 0'C'yi geçmesi ... bu bir nem riski.


kanıt için dergi referansları eklendi. TÜM entegre devrelerin (özellikle mikrodenetleyiciler gibi büyük çiplerin) sıcaklığını etkileyen sınırlayıcı güvenilirlik faktörü, yarı iletken fonksiyonundan daha fazla mekanik paketlemedir. Bunu açıklamak için yüzlerce güvenilirlik makalesi var. Ayrıca neden düşük sıcaklık limitlerinde bir değişiklik olduğunu açıklayan makaleler de var. Bazıları iyi nedenlerden dolayı -40'C'den düşmüştür ve 0'C'den uzatılmış olanlar kötü nedenlerden dolayı olabilir. Kârın sebep olduğunu açıkça belirtmemekle birlikte, genç mühendisler, HALT'yi yanlış bir şekilde uygulayarak, kimyasal göçün yanlış anlaşılmasından doğan riskli aralıkları ve mevcut yapı streslerini genişletmek için hatalı bir şekilde uygularlar. Akıllı şirketler, aşağıdaki referanslarla destekleyeceğim iyi sebeplerle yeniden değer kaybedeceklerdir.

1. Hermetik olarak mühürlenmiş özellikler dijital bir fenomen değildir.

Analogdır ve mekanik bir pakete atomik olarak sürülen giriş veya nem kaçağı miktarı ile ilgilidir.
görüntü tanımını buraya girin Yukarıdaki bağlantıda belirtildiği gibi

  1. “Dahili gaz çıkışı su damlacık yoğunlaşmasının oluşumunu indükleyebilir, bu nedenle cihaz performansını tehlikeye atar ve hatta cihaz arızasına yol açar.” 2. "üretilen contalar ilk olarak hermetik olarak sızdırmazdı, ancak cam kapsül duvarı (5.5 x 10−6 / )C) ve% 90 arasındaki CTE arasındaki fark nedeniyle tuzlu suda uzun süre ıslanma ve sıcaklık döngüsü sırasında katastrofik olarak başarısız olma eğilimindeydiler. Pt –% 10 Ir geçişi (8.7 × 10–6 / ◦C). "

  2. "Şekil 6'daki nomografta, 1.0 atm ve 0◦C'de, su damlacıkları oluşturmak için gereken nem konsantrasyonunun 6.000 ppm olduğu görülebilir. Bu su buharı yüzdesinin altındaki seviyelerde, sıvı damlamaları mümkün olmayacaktır. Bu nedenle, çoğu malzeme ve sızdırmazlık işlemi, iç ambalaj ortamını cihazın ömrü boyunca 5.000 ppm nem altında veya altında tutmak için seçilmiştir. " Bununla birlikte, kirlenme bunu değiştirebilir. görüntü tanımını buraya girin

Bu konuda bir kitap yazabilirim, ama o zamanlar pek çok kişi zaten var, bu yüzden cevabımın geçerli olduğunu ispatlayacak olan bazı literatüre atıfta bulunacağım .

Bağlantıları olan anahtar kelimeler


1
Bunun, devrelerin belirli bir sıcaklığın altında çalışmamasının sebebini temsil ettiğini sanmıyorum. Kesinlikle en neden ICS üzerindeki sıcaklık döngüsü hayatlarını sona erecek ve neden nem üretim sırasında sorunlara neden olur, ancak bu soru soruyordu ... değil
Kit Scuzz

Sadece sırasında değil sonrasında. Ben sadece soruna cevap veriyorum. Pls cevabımın eklendiğine dair kanıt görüyor. Nem girişi, gerilmeler, CTE, vb. Ve paketleme, daha önce tartışılan teorik sınırlardan önce tüm IC'lerin işlevsel kısıtlamalarıdır. Ben topraklı ve ilgili kalmaya çalışıyorum.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Cevabınızın geçerli olduğunu inkar etmiyorum ve kaba olmaya çalışmıyorum! (bu şekilde geldiğim için üzgünüm) Sıcaklık döngüsü ve üretimi sırasında nem girişi, birçok soruna neden olabilecek bir konudur. Bu konudaki soruyu cevaplamadığını söylemeye çalışıyorum, "neden minimum çalışma sıcaklığı var?"
Kit Scuzz, 14.01.2012

3
TI'nin radyasyonla sertleştirilmiş c6701 işlemcisinin nem kaygıları nedeniyle minimum -55 ° C sıcaklıkta olduğuna inanmıyorum . GEO yörüngesinde, daha fazla nem bulunmadığı bir uyduda bir c6701 varsa, nemden bağımsız elektriksel ve mekanik nedenlerden dolayı -70 ° C'de başarısız olacaktır. Ve sanırım soracağın sıcaklık döngüsü kaynaklı nem kaybından ziyade bu tür bir başarısızlık hakkında daha fazla soru sorduğunu düşünüyorum (bu nedenle uzay sistemleri hakkındaki özel soru).
Kit Scuzz

Belirli bir kısmı sorsaydın, özel bir cevap verirdim. Sorgunuz tuhaf -10'C ve diğer standart olmayan askeri IC'ler ve bazı mikro işlemciler hakkında genelleştirilmiş bir soru hakkında olduğu için, ima edilen genel olarak doğru cevabı verdim. Eğer bir p / n ile ilgili bir cevap istiyorsanız, yeni bir soru sorun. BTW Burr Brown 883B DAC hibrid @ 12MHz'de X-RAY denetimi vb. Olan ve hala referans voltajı değiştiren dahili ikili sürücülerden gelen dijital toprak gürültüsünden eksik kodları olan
500 dolar ödediğimde hatırlıyorum
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.