Почему электроника имеет предельную температуру?

Помимо конденсации, почему электронные компоненты обычно имеют предел низкой температуры? Например, мой ноутбук говорит что-то вроде линии от -10 ° C до 75 ° C во время использования.

Я могу понять предел высокой температуры, поскольку вещи, вероятно, растают!

Но почему холодно такое плохо?

Помимо батарей, какие компоненты будут иметь чрезвычайно холодный урон, и как?

Будет ли использование этого увеличивает урон?

Будет ли использование оборудования компенсировать этот ущерб (поскольку они нагреваются от использования)?

Кроме того, я говорю о экстремальных температурах ниже -50 ° C, так что проблема конденсации остается проблемой?

Примечание. Я не храню его, поэтому это не дубликат другого вопроса.

Примечание 2: Я не говорю о полупроводниках, но, вообще говоря,

57 голосов | спросил George 15 MonEurope/Moscow2014-12-15T03:24:50+03:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowMon, 15 Dec 2014 03:24:50 +0300 2014, 03:24:50

11 ответов


51

Я однажды разработал усилитель, который колебался бы при -10 ° C. Я исправил его, изменив дизайн, чтобы добавить дополнительный запас по фазе. В этом случае колебание не наносило никакого ущерба, но схема не работала хорошо в этом состоянии, и это вызвало ошибки. Эти ошибки ушли при более высоких температурах.

Некоторые пластмассовые трещины при замораживании. Сухой лед составляет -78,5 ° C, и я сломал много пластика с сухим льдом. Например, я уничтожил совершенно хороший ледяной сундук, который треснул на мелкие кусочки в месте, где у меня был кусок сухого льда.

В конструкциях с поверхностным монтажом дифференциальный температурный коэффициент расширения между частями, припаянными к печатной плате и печатной плате, может вызвать большие напряжения. Отношение напряжений и деформаций часто почти не работает в указанном температурном диапазоне. Когда оборудование включено, горячие компоненты могут менять форму и разрушать хрупкий пластик, как и мой старый ледяной сундук.

Если оборудование находится ниже 0 ° C, а затем вы попадаете в хороший теплый, влажный офис, вода будет конденсироваться на печатных платах и ​​может вызвать проблемы. Предположительно, подобная ситуация может произойти с морозом, в зависимости от погоды. Когда мороз тает, могут быть проблемы.

Когда я получаю оборудование утром, которое перевозилось как воздушный груз, я предполагаю, что в последнее время очень холодно, и я позволяю ему часами медленно нагреваться и оставаться сухим, прежде чем открывать коробку в в офисе.

Включение очень холодного снаряжения может быть интересным. Некоторые компоненты, ограничивающие ток, такие как PTC или PPTC , пройдет намного больше.

Смазочные материалы в таких двигателях, как вентиляторы и дисководы, также могут быть проблемой.

ответил Tom Anderson 15 MonEurope/Moscow2014-12-15T09:42:12+03:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowMon, 15 Dec 2014 09:42:12 +0300 2014, 09:42:12
64

Я могу дать вам ответ, потому что я был одним из тех, кто либо написал, либо подтвердил спецификации полупроводниковых микросхем.

Юридически и этически говоря, я мог только подписываться на параметры, в которых мы подтвердили, что IC /процессор будет работать. И тогда мой босс, и его /ее босс, и все остальные увидели бы доказательства испытаний, и они тоже подпишут эти ограничения.

Я не мог этично или юридически подписать, что пакет процессоров будет работать на -100 C, если бы я не поставил их в комплекте тестов при -100 C.

Если вы решили использовать свое оборудование на -50 C, оборудованное процессором, с которым я подписал контракт с низким порогом -15 C, моя компания больше не будет иметь никаких обязательств перед этим процессором. Вы нарушили гарантию.

Тестирование при -50 C намного дороже, чем тестирование при -15 C. Я должен проверить, что тестовый сайт на самом деле -50 C--. Это также очень опасно.

Кроме того, для работы ИС при экстремально низких температурах требуется специальная /герметичная упаковка. В качестве крайнего примера, пластиковая упаковка может развить трещины или структурные компромиссы, когда мы наливаем на них жидкий азот.

Дифференциальное расширение между матрицей и упаковкой может привести к удалению штампа от места прикрепления или сломать пресс-форму.

Существуют стресс-тесты, которые включают в себя моделирование изменений температуры в работе IC. Скажите, что ваш ноутбук сидит в вашем автомобиле при замороженных температурах -10 C. Вы включаете его и в течение 5 минут он достигает температуры 85 C. И на всю зиму вы делали это каждый вечер. Что относительно головного устройства и компьютерного контроллера, который сидит в вашем автомобиле, который вы будете ездить в течение следующих 15 лет, подвергаясь таким колебаниям каждую зиму в северном штате Мэн?

Слишком много механических проблем, с которыми пришлось столкнуться моим коллегам по механике, когда дело доходит до экстремально низких температурных испытаний. Итак, насколько низкая температура вы хотите, чтобы мы проверили и насколько вам больше, чем потребитель, желающий оплатить это низкотемпературное тестирование?

Мы не можем просто протестировать один или два блока, чтобы проверить отсутствие механических проблем, таких как несовместимость между матрицей и упаковкой, в отличие от людей, которые нагревают свои материнские платы, экспериментируя с разгоном с помощью одного или двух процессоров, которые они купили у ebay. Мы должны разработать приемлемое статистическое распределение и план выборочного контроля, который попадет в этот дистрибутив, который будет применяться к потоку микросхем, протекающих по продуктовой линейке.

Иногда законность ограничений может быть довольно сложной, когда агентство США по госучреждению требует, чтобы OEM представила свой представитель, пока мы тестируем эти ИС /процессоры, что может занять несколько дней для партии. Этот представитель подпишет, что мы действительно проводили такие тесты с такими ограничениями. Так будет стоить $ 100 процессор США $ 2000.

Таким образом, если бы правительство США каким-то образом решило использовать оборудование за пределами проверенных и проверенных ограничений, мы больше не были бы юридически нести ответственность за любые неудачи или будущие сбои.

ответил Cynthia Avishegnath 15 MonEurope/Moscow2014-12-15T13:52:12+03:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowMon, 15 Dec 2014 13:52:12 +0300 2014, 13:52:12
20

Помимо батареек и, возможно, ЖК-компоненты обычно не повреждаются напрямую, даже при экстремальных холодных температурах. Если температура изменяется до крайностей, особенно быстро, может быть физический ущерб из-за несоответствующего сокращения с температурными или температурными градиентами.

Тем не менее, операция при низких температурах может оказаться невозможной - компоненты меняются с температурой до такой степени, что они могут больше не работать надежно, могут не запускаться или полностью закрываться. Коэффициент усиления биполярных транзисторов падает с температурой. Гораздо ниже около 50 тыс. Большинство биполярных частей перестают работать полностью из-за замораживания носителя. Электролитические колпачки не любят температуры намного ниже нуля, и их изменения (более высокая ЭПР и более низкая емкость) могут привести к повреждению других деталей. Цифровые CMOS-компоненты могут функционировать более или менее нормально, но аналоговые части чипа могут выйти из спецификации или не работать (например, генератор тактовых импульсов или BOR или ADC в микросхеме).

Еще более странно, когда вы приближаетесь к абсолютному нулю - при 4.2K (жидком гелии), например, 1N4148 может создавать релаксационный генератор. Получить еще более холодный и обычный пайдер может потерять все сопротивление, которое звучит очень здорово, пока вы не поймаете магнитный поток.

ответил Spehro Pefhany 15 MonEurope/Moscow2014-12-15T05:24:04+03:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowMon, 15 Dec 2014 05:24:04 +0300 2014, 05:24:04
14
Основная проблема заключается в том, что плотность «свободных» носителей заряда в полупроводниках является сильной функцией температуры. Когда температура падает достаточно низко, для работы транзисторов и т. Д. Недостаточно доступных носителей, и также возрастает эффективное сопротивление серии объемного полупроводника. Общий прирост схемы падает ниже того, что разрешил инженер-проектировщик, и он больше не может удовлетворять своим техническим требованиям.

ответил Dave Tweed 15 MonEurope/Moscow2014-12-15T03:59:22+03:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowMon, 15 Dec 2014 03:59:22 +0300 2014, 03:59:22
9

Предел температуры, связанный с реальной ИС, больше связан с термическим расширением /отводом, чем такие, как плавление.

IC состоит из разных материалов. Кубик, подложка, связки, метод склеивания, ноги и тело. По мере изменения температуры эти различные материалы расширяются /сокращаются и будут разрываться от других материалов, не изменяющихся с одинаковой скоростью.

Затем у вас есть качество допинга, большая проблема на краю пластины. Это означает, что фактические характеристики в отношении листа данных (время нарастания, задержка распространения и т. Д.) Не соответствуют указанному минимуму /максимуму, поскольку подвижность электронов различна (производители обычно делают IC и испытывают при военной температуре. , испытание при промышленной температуре.Если это также терпит неудачу, испытайте при коммерческой температуре ... Если это не удастся, они сбрасывают его и добавляют к их выходным номерам.)

Тогда у вас есть особенности повреждения ... Силикон не имеет нижнего предела w.r.t. полупроводниковый. Он имеет верхний предел при 175 ° C, где он будет поврежден.

ЖК-дисплеи будут формировать кристаллы и разрушаться при экстремальных температурах, а также диэлектрики в конденсаторах начинают разрушаться.

ответил JonRB 15 MonEurope/Moscow2014-12-15T10:38:27+03:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowMon, 15 Dec 2014 10:38:27 +0300 2014, 10:38:27
5

Другие проблемы при таких низких температурах, например, что ЖК-дисплеи замерзают и имеют действительно медленная реакция.

И тем более важным моментом для современных технологий IC является эффект, который делает их более медленными при более низких tempratures (см. Работа с задачами многочастотного и временного прерывания с несколькими вольтами и постоянным током .

Я также нашел эту интересную статью, в которой есть некоторые другие важные моменты, касающиеся низкотемпературных проблем в ней: Конструкция электроники для холодных сред .

ответил TM90 15 MonEurope/Moscow2014-12-15T03:41:33+03:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowMon, 15 Dec 2014 03:41:33 +0300 2014, 03:41:33
4

Немного причин:

  • во многих случаях - вы можете использовать компоненты ниже минимальной температуры, просто не ожидайте, что параметры будут такими же, как указано в таблице данных
  • конденсаторы будут сокращаться - расстояние между электродами изменится.
  • Электролит в конденсаторе может замерзнуть, а емкость изменится.
  • многие электронные устройства изготовлены из разных материалов, и они могут действовать как биметаллический при изменении температуры в широком диапазоне. Во многих случаях производители делают все возможное, чтобы избежать этого, используя материалы с аналогичным коэффициентом теплового расширения, но иногда это невозможно или просто не требуется.

    введите описание изображения здесь>> </p>

<p> Я думаю, именно поэтому устройства высокой мощности забиты при высокой температуре. Например, некоторые диоды CREE закодированы при 85 ° C (185 ° F). </p>
</li>
</ul>
<p> Иногда речь идет не о минимальной температуре, <strong> иногда о широком диапазоне температур </strong>. </p>

<p> Если ваше устройство должно работать при очень низких температурах, вы должны прочитать <a href= аллотропную трансформацию олова .

ответил Kamil 16 TueEurope/Moscow2014-12-16T03:18:30+03:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowTue, 16 Dec 2014 03:18:30 +0300 2014, 03:18:30
2

Кремний, в частности, полагается на тепловое возбуждение его легирующих примесей в качестве полупроводника, что делает его свойства полупроводника сильно зависящими от температуры. Это дает вам базовый низкий рабочий предел и довольно узкий диапазон температур, который вы можете проектировать на чипе для работы. Если вам нужна электроника, работающая в большом температурном диапазоне, вы не используете кремний. Галлия Arsnide электроника работает до millikelvin и ниже, но намного дороже.

ответил camelccc 16 TueEurope/Moscow2014-12-16T19:07:05+03:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowTue, 16 Dec 2014 19:07:05 +0300 2014, 19:07:05
2

Резисторы сконструированы со смесью материалов с различными тепловыми свойствами, так что тепловые эффекты уменьшаются и дают значение сопротивления, которое приблизительно равно по температуре в заданном диапазоне.

Вне указанного диапазона температур сопротивление резистора может и будет сильно отклоняться от заданного значения.

Интересно, что прецизионные резисторы иногда уравновешивают оставшуюся температурную зависимость с зависимостью размерной деформации: когда субстрат сжимается или растет с температурой, деформация на резистивном элементе изменяет его сопротивление, сопутствующее некоторой остаточной температурной зависимости резистивного материала.

ответил david 17 WedEurope/Moscow2014-12-17T13:56:04+03:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowWed, 17 Dec 2014 13:56:04 +0300 2014, 13:56:04
1

Другим фактором является цифровое время при низких температурах. Цифровые схемы обычно работают быстрее при более низких температурах, но время синхронизации схемы может завершиться неудачно (например, внутренние регистры могут выйти из строя из-за нарушений времени удержания), поэтому схема не будет работать должным образом. В ноутбуке жесткий диск, вероятно, не работает из-за механических проблем (например, головки не выравниваются правильно по дорожкам диска).

ответил Richard 12 J0000006Europe/Moscow 2017, 19:18:47
-1

В общем, холоднее делает полупроводниковые соединения быстрее, а холоднее. -50C на самом деле довольно скромный, большие проблемы происходят намного ниже.

Но многое может пойти не так. Температурный цикл в течение дня может привести к тепловым напряжениям. Конденсация может возникнуть и вызвать реальные проблемы, особенно когда холодная поверхность попадает в теплый влажный воздух.

Итак, ваш вопрос действительно неполный. Если вы храните в тепловой камере при -50 ° C, ваш ноутбук, вероятно, будет довольно счастлив на неопределенный срок. Но если вы переместились и вышли из -50C, у вас много проблем. Абсолютная температура является одним из факторов, а также диапазоном влажности, диапазоном температур и величиной физического удара при низких температурах.

ответил Bryce 12 Maypm17 2017, 19:39:09

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132