Минимальная рабочая температура - внешнее пространство?

Я смотрел на некоторые микроконтроллеры, и я видел, что у них есть некоторые «странные» минимальные рабочие температуры, такие как -25 градусов или -10 градусов и т. д. Но я не могу понять, почему существует минимум , максимум, который я понимаю, потому что все расплавляется и ломается, сопротивление увеличивается, делая сигналы слишком слабыми. Но когда вы идете на холодную сторону. Все становится лучше и лучше, сопротивление уменьшается, все становится более стабильным. Но все же ... минимальная рабочая температура -25 градусов ... Почему это не 0 Кельвина?

Поскольку я думал о марсоходе и других спутниках, когда они находятся за солнцем, они работают почти на 0-50 кельвинов, марсоход ... по wiki становится холодно, как â'87 º C (â'125 º F). И это все еще очень холодно, чем -25 градусов.

Итак, может ли кто-нибудь объяснить мне, почему микроконтроллеры имеют минимальную рабочую температуру? Чем тщательнее, тем лучше.

42 голоса | спросил Harry Svensson 13 J000000Friday12 2012, 09:10:34

3 ответа


42

2nd Edit! Изменил мой ответ о полупроводниках на основе ответа jk ниже, прочитайте историю, если вы хотите увидеть неправильные биты, которые я изменил!


Все становится странным в определенных пределах. Я имею в виду, конечно, сопротивление улучшается в проводниках, но оно увеличивается в полупроводниках, и это изменение влияет на работу IC. Помните, что способ, которым работают транзисторы, основан на том, что вы можете изменить их сопротивление, и если температура опустится настолько низко, что вы больше не сможете уменьшить их сопротивление, у вас есть проблема! Представьте себе, что внезапно ваш полупроводник по существу стал резистором ... как вы его контролируете? Это уже не так! Теперь я немного смущен, когда вы получаете -25 ° C, так как промышленная /военная спецификация должна устанавливать его при -40 ° C для минимальной рабочей температуры.

Но для космического вопроса я могу ответить на это, когда работаю в космической лаборатории! В общем, у вас есть три тепловые проблемы в космосе:

1) В космосе вы излучаете только тепло. Радиация - ужасный способ избавиться от тепла. В атмосфере вы проводите тепло в воздухе вокруг вас, что облегчает охлаждение. Поэтому в космосе вы должны положить большие радиаторы, чтобы получить тепло на большие радиационные поверхности.

2) Если у вас есть компонент, который не выделяет тепло, тогда пространство с удовольствием позволит вам стать действительно холодным! В общем, что вы делаете, у вас есть активные нагревательные элементы, чтобы удерживать компоненты, которые не генерируют больше тепла, чем излучают, но имеют термические пределы.

3) Тепловые колебания являются общими, потому что вы выйдете и снова войдете в солнечные лучи. Таким образом, вам необходимо иметь активное тепловое управление, где у вас есть большой радиатор, который может излучать тепло, когда он горячий, и нагреватель, когда это не так.

Вы также можете получить устройства с расширенным температурным диапазоном, которые идут все ниже и выше, но в значительной степени всегда есть предел. Некоторые из них предназначены для того, чтобы холодная температура расколола кристалл, потому что металл будет сжиматься больше, чем пластик (или наоборот), поэтому они также перечисляют лимиты для хранения!

Предел в основном относится к материалам. Вы также склонны получать чипы с пространственной оценкой, изготовленные из керамики для упаковки, что также может повысить или снизить тепловые пределы.

В любом случае, я надеюсь, что это объяснит это для вас. Я могу попытаться ответить на любые другие вопросы, но я признаю, что физика низкотемпературных полупроводников - это не моя сила!


1st Edit:

Вот ссылка ссылки на запись в Википедии о том, что при более низких температурах меньше электронов, достаточно возбуждены, чтобы генерировать ток через полупроводническую решетку. Это должно дать вам хорошее представление о том, почему сопротивление становится выше, и почему 0 Кельвина никогда не было бы вариантом.

ответил Kit Scuzz 13 J000000Friday12 2012, 09:30:15
14

Ответ Кит мертв правильно о компонентах в пространстве, но я подумал, что немного разберусь с полупроводниками и проводниками (очень без математики).

Сопротивление проводников уменьшается с понижением температуры. Это слабо, потому что сопротивление происходит из-за замедления протекающих электронов за счет колебаний в кристаллической решетке, через которые они протекают. Уменьшение температуры означает меньшую вибрацию.

Сопротивление полупроводников увеличивается с понижением температуры. Это свободно, потому что у них нет свободного электрона для переноса заряда при низких температурах в первую очередь. По мере того как они нагреваются, они получают больше носителей заряда, и это весит дополнительное сопротивление от повышенной вибрации в структуре.

Наконец, сверхпроводники полагаются на странное квантовое явление. Либо при очень очень низких температурах, либо при наличии свободных электронов, ограниченных 2d-пленкой, а не трехмерным, что позволяет физике становиться более странным.

ответил jk. 13 J000000Friday12 2012, 13:16:23
4

добавлен Институт аэрокосмических транспортных систем (AVSI) провел исследование этого вопроса.

«Точный количественный подход к отказу от надежной интегральной цепи» Их выводы основаны на физике и анализе причин корня, особенно, поскольку размеры элементов сократились на несколько порядков за последние 30 лет.

1) ElectroMigration (EM) (загрязнение полупроводника от медленной утечки металлических ионов)

2) Временная диэлектрическая пробивка (TDDB) или медленное туннелирование проводящего пути через оксидный изолятор из слабых полей (и гамма-излучения)

3) Инъекция горячим носителем (HCI) , когда концентрация дырок скачет диэлектрический барьер в ловушках заряда, используемых ячейками памяти, для постоянного изменения состояния памяти, вызванного излучением, постепенно разрушающим границу до отказа.

4) Нестабильность отрицательного смещения (NBTI) Напряжения NBTI, которые сдвигают пороговые напряжения транзистора PMOS, стали более заметными, поскольку геометрия транзисторов достигает 90 нм и ниже и усугубляется статическими ловушками длительной длительности, достаточными для того, чтобы вызвать сбой.

Эти ЧЕТЫРЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, приведенные выше, являются наиболее распространенными в настоящее время с ИК-системами с большим пространством, а также с потребительскими ИС. Пространство имеет больше радиационных и экологических факторов стресса. Закон Мура также ускорил эти новые режимы отказа.

Исторически сложилось так, что наиболее распространенная общая причина для старых технологий IC была ограничена в температурном диапазоне, связанная с эксплуатацией с упаковкой & экологический стресс.

Тепловой удар, конденсация и быстрое испарение, а также аналоговые эффекты теплового дрейфа По этой причине потребительские IC ограничены 0 ~ 85'C в пластиковых корпусах. Это не идеальное уплотнение, и возможно проникновение влаги. Но даже пространство закаленного стекла пассивировало керамические ИС имеют тепловые пределы. В дополнение к проблемам с влажностью, указанным ниже, ознакомьтесь с последними подтвержденными выше проблемами.

Окончательное редактирование

Если со временем будет достаточно молекул влаги, и он замерзает и трещит субстрат, он терпит неудачу. Если он работает нормально в замороженном состоянии с замороженными молекулами влаги, а затем оттаивает и вызывает коррозию или утечку и терпит неудачу. Это твоя ошибка. Некоторые пластиковые уплотнения немного лучше, а самонагревание предотвращает некоторые замерзания ниже определенных темпов, что также уменьшает миграцию влаги.

В верхнем конце эффект попкорма вызывает увлажнение стружки, а черная эпоксидная марка значительно улучшилась за последние 40 лет благодаря Sumitomo. Clear Epoxy не так хорош и используется в некоторых светодиодных корпусах или инфракрасных устройствах. Поэтому светодиоды должны оставаться в сухом состоянии перед пайкой. Современные конструкции больших светодиодных двигателей без золотых нитевидных проволочек рассчитаны на определенный RH @ Temp неограниченно, в то время как остальная часть представляет собой риск после нескольких дней открытого воздействия высокой относительной влажности. Действительно, это действительный риск и так же плохо, как ранение их ОУР, за исключением того, что он переносит золотой проводной телефон.

Вот почему все космические или военные части диапазона темпа, как правило, керамические с покрытием из стекла на проводах, а потребительские части рассчитаны на 0 ° С.

Любые исключения, такие как Industrial и Military temp range, обусловлены более жесткими спецификациями, необходимыми для военных в более широком диапазоне темперантов, чем Industrial, но оба они функционируют в широком диапазоне, но не гарантируют аналоговые характеристики.

КМОП работает быстрее, чем горячий. TTL весит быстрее, чем холод, а спад темпа падает, чтобы рассеять меньше тепла. Я тестировал жесткие диски 8 "над мешком сухого льда, -40'C через час, чтобы военные доказали, что это работает, но никаких гарантий с конденсацией, предотвращающей крушение головы .. (двигательные подшипники визжали в течение нескольких секунд ... .... но минуя 0 ° С от замерзания вверх ... это риск влажности.


добавлены ссылки на журнал для доказательства. Ограничивающий коэффициент надежности, который влияет на температуру ВСЕХ интегральных схем (особенно крупных микросхем, таких как микроконтроллеры), является механической упаковкой больше, чем функция полупроводника. Это объясняют сотни статей надежности. Существуют также статьи, объясняющие, почему существует дисперсия низких температурных пределов. Некоторые из них отклонены от -40 ° C по уважительной причине, и те, 0'C может быть из-за плохих причин. Хотя явно не указано, что прибыль является причиной, младшие инженеры неправильно применяют HALT неправильно, чтобы расширить квалифицированные диапазоны под угрозой из-за непонимания химической миграции и структурных напряжений, которые существуют. В то время как более разумные компании будут восстанавливаться с уважительными причинами, которые я буду поддерживать со ссылками ниже.

1. Герметичные свойства не являются цифровыми явлениями.

Он является аналогом и относится к количеству проникновения или утечки влаги, атомически врывается в механическую упаковку.
 введите описание изображения здесь Как указано в ссылке выше

  1. «внутренняя дегазация может вызывать образование конденсата капель воды, что ухудшает производительность устройства и даже приводит к сбою устройства». 2. «Изготовленные уплотнения первоначально были герметичными, но имели тенденцию к отказу катастрофически при длительном вымачивании и температурном циклировании в физиологическом растворе из-за разницы в CTE между стенкой стеклянной капсулы (5,5 Ã-10â'6 /â-| C) и 90% Ptâ € "10% Ir проход (8,7 Ã-10" 6 /â-| C).

  2. «Из номограммы на фиг.6 видно, что при 1,0 атм и 0а-| C концентрация влаги, необходимая для образования капелек воды, составляет 6 000 ppm. При уровнях ниже этого процента водяного пара, Таким образом, большинство материалов и процессов герметизации выбирают так, чтобы поддерживать внутреннюю среду упаковки на уровне или ниже 5000 ppm влаги в течение всего срока службы устройства ». Однако загрязнение может изменить это. введите описание изображения здесь

Я мог бы написать книгу на эту тему, но тогда так много других уже есть, поэтому я просто опишу некоторую литературу, которая докажет, что мой ответ действителен .

Ключевые слова со ссылками

ответил Tony EE rocketscientist 14 J000000Saturday12 2012, 00:26:25

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