Saya telah melihat beberapa mikrokontroler dan saya telah melihat mereka memiliki beberapa suhu operasi minimum "aneh", seperti -25 derajat atau -10 derajat dll. Tetapi saya tidak dapat benar-benar memahami mengapa ada minimum, maksimum Saya mengerti karena semuanya meleleh dan pecah, resistensi meningkat membuat sinyal terlalu lemah. Tetapi ketika Anda pergi ke sisi dingin. Segala sesuatu menjadi lebih baik dan lebih baik, resistensi berkurang, semuanya menjadi lebih stabil. Namun ... suhu operasional minimum adalah -25 derajat ... Mengapa bukan 0 Kelvin?
Karena saya berpikir tentang mars-rover dan satelit lainnya, ketika mereka berada di belakang matahari, mereka beroperasi di hampir 0-50 kelvin, mars-rover ... menurut wiki, suhunya menjadi sedingin −87 ° C (- 125 ° F). Dan ini masih jauh lebih dingin dari -25 derajat.
Jadi, dapatkah ada yang menjelaskan kepada saya mengapa mikrokontroler memiliki suhu operasional minimum? Semakin teliti semakin baik.
sumber
Jawaban:
Edit ke-2! Dimodifikasi jawaban saya tentang semi-konduktor berdasarkan jawaban jk di bawah ini, baca riwayatnya jika Anda ingin melihat bit yang salah saya modifikasi!
Semuanya jadi aneh dalam batas-batas tertentu. Maksud saya, tentu saja, resistansi meningkat pada konduktor tetapi ia meningkatkan semi konduktor, dan perubahan itu memengaruhi cara IC bekerja. Ingatlah bahwa cara transistor bekerja atas dasar bahwa Anda dapat memodifikasi resistansi mereka, dan jika suhunya turun begitu rendah sehingga Anda tidak bisa lagi menurunkan resistansi, Anda punya masalah! Bayangkan bahwa tiba-tiba semi-konduktor Anda pada dasarnya menjadi sebuah resistor ... bagaimana Anda mengendalikannya? Tidak lagi berperilaku seperti itu! Sekarang saya agak bingung di mana Anda mendapatkan -25 ° C, karena spesifikasi industri / militer harus meletakkannya di -40 ° C untuk suhu operasi minimum.
Tetapi untuk pertanyaan luar angkasa, saya bisa menjawabnya saat saya bekerja di lab luar angkasa! Secara umum, Anda memiliki tiga masalah termal di ruang angkasa:
1) Di ruang angkasa, Anda hanya memancarkan panas. Radiasi adalah cara mengerikan untuk menghilangkan panas. Di atmosfer, Anda menghantarkan panas ke udara di sekitar Anda yang membuat pendinginan menjadi jauh lebih mudah. Jadi di ruang angkasa, Anda harus memakai heatsink besar untuk mendapatkan panas ke permukaan radiasi yang lebih besar.
2) Jika Anda memiliki komponen yang tidak menghasilkan panas, maka ruang dengan senang hati membiarkan Anda menjadi sangat dingin! Secara umum, yang Anda lakukan adalah Anda memiliki elemen pemanas aktif untuk menjaga komponen yang tidak menghasilkan lebih banyak panas daripada yang dipancarkan tetapi memiliki batas termal.
3) Pergerakan panas adalah hal biasa karena Anda akan keluar dan masuk kembali ke dalam sinar matahari. Jadi Anda harus memiliki manajemen termal aktif di mana Anda memiliki heatsink besar yang dapat memancarkan panas saat panas, dan pemanas saat itu tidak.
Anda juga bisa mendapatkan perangkat rentang suhu yang diperluas yang lebih rendah dan lebih tinggi, tetapi selalu ada batasnya. Beberapa di antaranya adalah untuk tempat suhu dingin akan memecahkan dadu karena logam akan menyusut lebih dari plastik (atau sebaliknya) yang mengapa mereka mencantumkan batas penyimpanan juga!
Batasnya sebagian besar dalam bahan. Anda juga cenderung mendapatkan keripik pengenal ruang yang terbuat dari keramik untuk kemasannya, yang juga dapat menaikkan atau menurunkan batas termal.
Bagaimanapun, saya harap itu menjelaskannya untuk Anda. Saya dapat mencoba dan menjawab pertanyaan lain, tetapi saya akui fisika semikonduktor suhu rendah bukan keahlian saya!
Edit 1:
Berikut ini tautan ke entri wikipedia tentang gagasan bahwa pada suhu yang lebih rendah ada lebih sedikit elektron yang cukup bersemangat untuk menghasilkan aliran arus melalui kisi semikonduktor. Ini seharusnya memberi Anda ide bagus mengapa perlawanan menjadi lebih tinggi, dan mengapa 0 Kelvin tidak akan pernah menjadi pilihan.
sumber
Jawaban Kit sudah benar tentang komponen di ruang angkasa, tapi saya pikir saya akan sedikit memperluas semikonduktor vs konduktor (sangat longgar tanpa matematika).
Resistensi konduktor menurun dengan penurunan suhu. Ini longgar, karena hambatan berasal dari elektron yang mengalir bebas yang diperlambat oleh getaran dalam kisi kristal yang mereka lewati. Turunkan suhu berarti lebih sedikit getarannya.
Resistensi semi-konduktor meningkat dengan penurunan suhu. Ini longgar, karena mereka tidak memiliki elektron bebas untuk membawa muatan pada suhu rendah. Ketika mereka dihangatkan, mereka mendapatkan lebih banyak pembawa muatan dan ini menimbang resistensi ekstra dari peningkatan getaran dalam struktur.
Terakhir, superkonduktor mengandalkan fenomena kuantum aneh. Entah pada suhu yang sangat sangat dingin dan / atau dengan memiliki elektron bebas mereka terbatas pada film 2d daripada 3d padat yang memungkinkan fisika menjadi lebih aneh.
sumber
menambahkan Aerospace Vehicle Systems Institute (AVSI) telah melakukan penelitian terhadap pertanyaan ini.
"Pendekatan Fisika-of-Kegagalan Kuantitatif Akurat untuk Keandalan Sirkuit Terpadu" Kesimpulan mereka didasarkan pada analisis fisika dan akar penyebab terutama karena ukuran fitur telah menyusut pesanan besarnya selama 30 tahun terakhir.
1) ElectroMigration (EM) (kontaminasi semikonduktor dari kebocoran ion logam yang lambat)
2) Time Dependent Dielectric Breakdown (TDDB) atau tunneling lambat dari jalur konduktor melalui isolator oksida dari medan lemah (dan radiasi gamma)
3) Hot Carrier Injection (HCI) , ketika konsentrasi lubang melompati penghalang dielektrik dalam perangkap muatan yang digunakan oleh sel memori untuk secara permanen mengubah keadaan memori yang disebabkan oleh radiasi yang secara bertahap mengikis margin sampai kegagalan.
4) Negatif Bias Temperatur Ketidakstabilan (NBTI) NBTI menekankan, yang menggeser tegangan ambang transistor PMOS, telah menjadi lebih menonjol sebagai geometri transistor mencapai 90 nm dan di bawah dan diperparah oleh perangkap muatan durasi lama statis yang cukup untuk menyebabkan kegagalan.
EMPAT ALASAN di atas adalah yang paling umum sekarang dengan IC luar angkasa serta IC konsumen. Ruang memiliki lebih banyak faktor radiasi dan tekanan lingkungan. Hukum Moore juga mempercepat mode kegagalan baru ini.
Secara historis, alasan umum paling umum untuk IC teknologi lama terbatas dalam kisaran suhu adalah karena beroperasi dengan pengemasan & tekanan lingkungan.
Syok termal, kondensasi, dan penguapan cepat serta efek analog dari penyimpangan termal. IC konsumen dibatasi 0 ~ 85'C dalam kasus plastik karena alasan ini. Ini bukan segel sempurna dan masuknya uap air dimungkinkan. Tetapi bahkan ruang kaca yang dikeraskan IC keramik pasif memiliki batas termal. Selain masalah kelembaban yang dinyatakan di bawah ini, baca masalah terkonfirmasi terbaru di atas.
Akhiri edit
Jika ada cukup molekul air dari waktu ke waktu dan ia membeku dan memecahkan substrat itu gagal .. Jika itu berfungsi ok dalam keadaan beku dengan molekul air beku dan kemudian mencair dan menyebabkan korosi atau kebocoran dan gagal. Itu salahmu. Beberapa segel plastik sedikit lebih baik dan pemanasan sendiri mencegah beberapa pembekuan di bawah suhu tertentu ini juga mengurangi migrasi kelembaban.
Pada akhirnya, efek popcorm menyebabkan kelembaban untuk meniup keripik dan tingkat epoksi Hitam telah meningkat secara signifikan selama 40 tahun terakhir karena Sumitomo. Clear Epoxy tidak sebagus dan digunakan dalam beberapa kasus LED atau perangkat IR. Jadi LED harus tetap kering sebelum disolder. Desain modern dari mesin LED besar tanpa wirebonds kumis emas dinilai untuk RH @ Temp tertentu tanpa batas, sementara sisanya berisiko setelah beberapa hari terbuka paparan RH tinggi. Benar-benar itu risiko yang valid dan sama buruknya dengan melukai mereka ESD, kecuali itu memotong kabel emas.
Inilah sebabnya mengapa semua ruang atau bagian temp temp militer cenderung cenderung keramik dengan lapisan kaca pada lead dan bagian konsumen dinilai 0'C.
Pengecualian apa pun seperti rentang suhu Industri dan Militer disebabkan oleh spesifikasi yang lebih ketat yang diperlukan untuk Militer pada rentang temp yang lebih luas daripada Industri, tetapi keduanya berfungsi pada rentang yang luas, hanya saja tidak dijamin spesifikasi analog.
CMOS bekerja lebih cepat daripada dingin. TTL lebih cepat panas daripada dingin dan suhu persimpangan turun untuk menghilangkan lebih sedikit panas. Saya telah menguji HDD 8 "disk drive di atas sekantong es kering <-40'C setelah satu jam hanya untuk militer untuk membuktikannya bekerja, tetapi tidak ada jaminan dengan kondensasi mencegah kecelakaan kepala .. (bantalan motor memekik untuk beberapa detik ... tetapi melewati 0'C dari pembekuan naik ... itu risiko kelembaban.
menambahkan referensi jurnal sebagai bukti. Faktor keandalan yang membatasi yang mempengaruhi suhu SEMUA sirkuit terpadu (terutama chip besar seperti mikrokontroler) adalah kemasan mekanis lebih dari fungsi semikonduktor. Ada ratusan artikel reliabilitas untuk menjelaskan hal ini. Ada juga artikel untuk menjelaskan mengapa ada varian batas suhu rendah. Beberapa dinilai dari -40'C untuk alasan yang baik, dan yang diperpanjang dari 0'C mungkin karena alasan yang buruk. Meskipun tidak secara eksplisit menyatakan bahwa laba adalah alasan, insinyur junior salah menerapkan HALT secara tidak layak untuk memperluas rentang kualifikasi yang berisiko dari kesalahpahaman tentang migrasi kimia dan tekanan struktur yang ada. Sementara perusahaan yang lebih bijak akan kembali dengan alasan yang baik, yang saya akan mendukung dengan referensi di bawah ini.
1. Properti yang tertutup rapat bukan merupakan fenomena digital.
Ini analog dan berhubungan dengan jumlah masuknya atau kebocoran kelembaban yang secara atomik masuk ke dalam paket mekanis.
Sebagaimana dinyatakan dalam tautan di atas
"outgassing internal dapat menyebabkan pembentukan kondensasi tetesan air, sehingga mengganggu kinerja perangkat dan akhirnya menyebabkan kegagalan perangkat." 2. "segel yang diproduksi awalnya kedap udara, tetapi cenderung gagal secara tropik selama perendaman yang lama dan siklus suhu dalam larutan garam karena perbedaan CTE antara dinding kapsul kaca (5,5 × 10−6 / ◦C) dan 90% Pt – 10% umpan balik Ir (8,7 × 10–6 / ◦C). "
"Dari nomograf pada Gambar. 6, dapat dilihat bahwa pada 1,0 atm dan 0◦C, konsentrasi kelembaban yang dibutuhkan untuk membentuk tetesan air adalah 6.000 ppm. Pada tingkat di bawah persentase uap air ini, tetes cairan tidak akan mampu Oleh karena itu, sebagian besar bahan dan proses penyegelan dipilih untuk menjaga lingkungan paket internal pada atau di bawah 5.000 ppm kelembaban selama masa pakai perangkat. " Namun kontaminasi dapat mengubah ini.
Saya bisa menulis buku tentang hal ini, tetapi kemudian sudah banyak yang lain, jadi saya hanya akan referensi beberapa literatur, yang akan membuktikan jawaban saya valid .
Kata kunci dengan tautan
sumber