전자 제품의 온도 제한이 낮은 이유는 무엇입니까?

결로와 별도로 전자 부품은 일반적으로 온도 제한이 낮은 이유는 무엇입니까? 예를 들어, 랩탑은 사용 중에 -10 ° C ~ 75 ° C 온도를 따라 무언가를 말합니다.

일이 녹을 것이므로 고온 한계를 이해할 수 있습니다!

그러나 왜 추위가 그렇게 나쁜가?

배터리 외에 어떤 구성 요소가 극한의 냉기 손상을 입을 수 있습니까?

그것을 사용하면 피해가 증가합니까?

장비를 사용하면이 손상이 상쇄됩니까 (사용으로 예열 될 때)?

또한 -50 ° C 이하의 극한 온도에 대해 이야기하고 있는데 응축 문제가 여전히 있습니까?

참고 : 나는 그것을 저장하지 않으므로 다른 질문과 중복되지 않습니다.

참고 2 : 나는 반도체에 관한 것이 아니라 일반적으로 말하고 있습니다.

한때 -10 ° C에서 진동하는 증폭기를 설계했습니다. 위상 마진을 추가하도록 디자인을 변경하여 수정했습니다. 이 경우 진동으로 인해 손상이 발생하지 않았지만이 상태에서는 회로가 제대로 작동하지 않아 오류가 발생했습니다. 이 오류는 더 높은 온도에서 사라졌습니다.

일부 플라스틱은 얼 때 깨집니다. 드라이 아이스는 -78.5 ° C이며 드라이 아이스로 많은 플라스틱을 깨뜨 렸습니다. 예를 들어, 나는 드라이 아이스 덩어리가있는 곳에서 작은 조각으로 갈라진 완벽하게 좋은 얼음 상자를 파괴했습니다.

표면 실장 설계에서 부품 납땜 기판과 회로 기판 사이의 차동 온도 팽창 계수는 큰 응력을 유발할 수 있습니다. 응력-변형 온도 관계는 종종 지정된 온도 범위에서 거의 작동하지 않습니다. 장비의 전원을 켜면 뜨거운 부품이 모양이 바뀌고 오래된 얼음 상자처럼 취성 플라스틱이 깨질 수 있습니다.

장비가 0 ° C 미만이고 따뜻하고 습한 사무실로 가져 가면 회로 기판에 물이 응축되어 문제가 발생할 수 있습니다. 아마도 날씨에 따라 서리에서도 비슷한 일이 일어날 수 있습니다. 서리가 녹 으면 문제가 생길 수 있습니다.

아침에 항공화물로 운송 된 장비를 받았을 때 최근에 매우 추웠다 고 가정하고 사무실에서 상자를 열기 전에 천천히 예열하고 건조하게 몇 시간 동안 그대로 두었습니다.

매우 차가운 장비를 켜는 것은 흥미로울 수 있습니다. PTC 또는 PPTC 와 같은 일부 전류 제한 구성 요소 는 훨씬 더 많은 전류를 전달합니다.

팬 및 디스크 드라이브와 같은 모터의 윤활유도 문제가 될 수 있습니다.

반도체 IC의 사양을 작성하거나 검증 한 사람들 중 한 사람 이었기 때문에 답을 드릴 수 있습니다.

합법적이고 윤리적으로 말하면 IC / 프로세서가 작동하는지 확인한 매개 변수 만 사인 오프 할 수있었습니다. 그리고 내 상사와 그녀의 상사, 그리고 다른 모든 사람들은 시험의 증거를 보았을 것이고, 그들도 그 제약 조건에 서명 할 것입니다.

-100 C에서 테스트 세트를 사용하지 않으면 프로세서 배치가 -100 C에서 작동한다는 윤리적 또는 법적으로 서명 할 수 없었습니다.

낮은 임계 값 -15C로 사인온 한 프로세서가 장착 된 -50C에서 장비를 사용하기로 선택한 경우, 회사는 더 이상 해당 프로세서에 대한 의무를 갖지 않습니다. 보증을 위반했습니다.

-50 C에서 테스트하는 것은 -15 C에서 테스트하는 것보다 훨씬 비쌉니다. 테스트 사이트가 실제로 -50 C--인지 확인해야합니다. 또한 매우 위험합니다.

게다가, IC가 극저온에서 작동하려면 특수 / 밀봉 패키징이 필요합니다. 극단적 인 예로서, 플라스틱 포장은 액체 질소를 부을 때 균열이나 구조적 손상을 일으킬 수 있습니다.

다이와 패키징 사이의 차동 팽창은 다이를 부착 부위에서 찢어 지거나 다이에 균열을 일으킬 수 있습니다.

IC 기능의 온도 변화 시뮬레이션을 포함하는 스트레스 테스트가 있습니다. 랩탑이 -10 ° C의 냉동 온도에서 차에 앉아 있다고 가정 해보십시오. 전원을 켜고 5 분 안에 85 ° C의 온도에 도달합니다. 그리고 겨울 내내 매일 저녁마다 그렇게했습니다. 자동차에 장착 된 헤드 유닛과 컴퓨터 컨트롤러는 어떻습니까? 향후 15 년 동안 메인 북부의 겨울마다 이러한 변동에 노출 될 것입니까?

극도의 저온 테스트와 관련하여 기계 엔지니어가 처리해야 할 기계적 문제가 너무 많습니다. 그렇다면 우리가 얼마나 낮은 온도를 검증하길 원하고 소비자가 그 저온 테스트에 대해 지불 할 의사가 있는가?

이베이에서 구입 한 하나 또는 두 개의 프로세서로 오버 클럭킹을 실험하는 마더 보드를 핫로드하는 사람들과 달리, 다이와 패키징 간의 비 호환성과 같은 기계적 문제가 없는지 확인하기 위해 하나 또는 두 개의 장치 만 테스트 할 수는 없습니다. 우리는 허용 가능한 통계적 분포와 해당 분포에 해당하는 샘플링 계획을 설계해야합니다.이 계획은 제품 라인을 통해 흐르는 IC 스트림에 적용됩니다.

경우에 따라 제약 조건의 합법성이 다소 관여 할 수 있습니다. 미국 정부 기관에서는 OEM에 대표자가 있어야 IC / 프로세서를 테스트해야하는데 배치에 며칠이 걸릴 수 있습니다. 그 담당자는 우리가 실제로 그러한 제약 조건에서 그러한 테스트를 수행했음을 승인합니다. 그것이 100 달러짜리 프로세서가 미국 정부에 2000 달러를 지불하는 방법입니다.

따라서 미국 정부 기관이 테스트되고 검증 된 제약 조건을 넘어 장비를 작동하기로 결정한 경우, 당사는 더 이상 사고 나 향후 오작동에 대해 법적 책임을지지 않습니다.

배터리 또는 LCD 구성 요소 이외의 온도는 극한의 추운 온도에서도 일반적으로 직접 손상되지 않습니다. 온도가 극도로, 특히 빠르게 변경되면 온도 또는 온도 구배와의 수축이 일치하지 않아 물리적 손상이 발생할 수 있습니다.

그러나 저온 에서의 작동 은 불가능할 수 있습니다. 온도에 따라 구성 요소가 더 이상 안정적으로 작동하지 않거나 시동되지 않거나 완전히 종료 될 수있는 지점까지 구성 요소가 변경 될 수 있습니다. 바이폴라 트랜지스터의 이득은 온도에 따라 떨어집니다. 약 50K 미만에서 대부분의 바이폴라 부품은 캐리어 동결로 인해 완전히 작동을 멈 춥니 다. 전해 캡은 영하의 온도를 좋아하지 않으며, 그 변화 (높은 ESR 및 낮은 정전 용량)로 인해 다른 부품이 손상 될 수 있습니다. 디지털 CMOS 부품은 거의 작동 할 수 있지만 칩의 아날로그 부분이 사양을 벗어나거나 작동하지 않을 수 있습니다 (예 : 마이크로의 클록 발진기 또는 BOR 또는 ADC).

4.2K (액체 헬륨)에서 절대 영점에 가까워 질수록 더 이상한 일이 발생합니다. 예를 들어 1N4148은 이완 발진기를 만들 수 있습니다. 더 차갑고 평범한 솔더는 모든 저항을 잃을 수 있습니다. 자속이 갇힐 때까지 정말 좋습니다.

기본적인 문제는 반도체에서 "자유"전하 운반체의 밀도가 온도의 강력한 기능이라는 것입니다. 온도가 충분히 낮아지면, 트랜지스터 등이 기능 할 수있는 충분한 캐리어가없고, 벌크 반도체의 유효 직렬 저항도 상승한다. 회로의 전체 이득은 설계 엔지니어가 허용 한 것보다 낮아지고 더 이상 성능 사양을 충족 할 수 없습니다.

실제 IC와 관련된 온도 제한은 용융과 같은 것보다 열 팽창 / 후퇴와 더 관련이 있습니다.

IC는 다른 재료로 구성됩니다. 다이, 기판, 본드 와이어, 본딩 방법, 레그 및 바디. 온도가 변함에 따라 이러한 다른 재료는 팽창 / 수축되며 같은 속도로 변하지 않는 다른 재료와 분리됩니다.

그러면 웨이퍼의 가장자리에 더 많은 문제가 발생합니다. 이는 전자의 이동성이 다르기 때문에 데이터 시트에 대한 실제 특성 (상승 시간, 전파 지연 등)이 명시된 최소 / 최대 값을 충족하지 않음을 의미합니다 (제조업체는 일반적으로 IC를 만들고 군용 온도에서 테스트합니다) , 산업 온도에서 시험하십시오.

그런 다음 손상에 대한 특성이 있습니다. 실리콘에는 wrt 반도체의 하한이 없습니다. 175 ° C에서 상한이있어 손상 될 수 있습니다.

LCD는 결정을 형성하고 극한의 온도에서 분해되며 커패시터의 동일한 유전체가 분해되기 시작합니다.

이러한 저온에서의 다른 문제는 예를 들어 LCD 가 동결되고 실제로 반응이 느리다는 것입니다.

그리고 현대 IC 기술 의 더 중요한 점 은 낮은 온도에서 느리게 만드는 효과입니다 ( 멀티 Vt 및 멀티 전압 도메인 타이밍 / 온도 반전 문제 처리 참조 ).

또한 저온 문제에 관한 몇 가지 중요한 점이있는이 흥미로운 기사를 찾았습니다. 추운 환경을위한 전자 설계 .

몇 가지 이유 :

• 대부분의 경우-최소 온도 이하의 구성 요소를 사용할 수 있습니다. 매개 변수가 데이터 시트에 지정된 것과 동일하지는 않습니다.
• 커패시터가 수축-전극 사이의 거리가 변경됩니다
• 커패시터의 전해질이 얼어 용량이 변할 수 있습니다

• 많은 전자 장치는 서로 다른 재료로 만들어지며 넓은 온도 범위에서 온도를 변경하면 바이메탈 파손 처럼 작동 할 수 있습니다. 많은 경우 제조업체는 비슷한 열팽창 계수를 가진 재료를 사용하여이를 피하기 위해 할 수 있지만 때로는 불가능하거나 필요하지 않은 경우도 있습니다

  

  이것이 고전력 장치가 고온에서 비닝되는 이유라고 생각합니다. 예를 들어, 일부 CREE 다이오드는 85 ° C (185 ° F)에서 비닝됩니다.

때로는 최소 온도에 관한 것이 아니며 온도 범위가 얼마나 넓은 지에 관한 것 입니다.

장치가 매우 낮은 온도에서 작동해야하는 경우 주석 동위 원소 변환 에 대해 읽어야 합니다.

실리콘은 특히 반도체의 역할을하기 위해 도펀트의 열 여기에 의존하여 반도체 특성의 특성을 온도에 크게 의존하게한다. 이는 기본적으로 낮은 작동 한계와 칩을 설계 할 수있는 상당히 좁은 온도 범위를 제공합니다. 넓은 온도 범위에서 작동하는 전자 장치가 필요한 경우 실리콘을 사용하지 않습니다. Gallium Arsnide 전자 장치는 밀리 켈빈 이하로 작동하지만 훨씬 비쌉니다.

저항은 열 특성이 다른 재료의 혼합물로 설계되어 열 효과가 사라지고 지정된 범위에서 온도와 관련하여 거의 일정한 저항 값을 제공합니다.

지정된 온도 범위를 벗어나면 저항의 저항이 지정된 값과 크게 다를 수 있습니다.

중요한 것은 정밀 저항기가 때때로 잔류 온도 의존성을 치수 변형 의존도와 균형을 맞추는 것입니다. 재료.

또 다른 요인은 저온에서의 디지털 타이밍입니다. 디지털 회로는 일반적으로 낮은 온도에서 더 빠르게 작동하지만 회로 타이밍이 실패 할 수 있습니다 (예 : 홀드 타임 위반으로 인해 내부 레지스터가 실패 할 수 있음). 따라서 회로가 올바르게 작동하지 않습니다. 랩톱에서 HDD는 기계적 문제로 인해 작동하지 않을 수 있습니다 (예 : 헤드가 디스크 트랙에 올바르게 정렬되지 않음).

일반적으로 더 차가워지면 반도체 접합이 더 빨라지고 더 차가워집니다. -50C는 실제로 매우 완만합니다. 큰 문제는 훨씬 적습니다.

그러나 많은 것이 잘못 될 수 있습니다. 낮에는 온도 사이클링으로 인해 열 스트레스가 발생할 수 있습니다. 특히 차가운 표면이 따뜻한 습한 공기에 닿으면 응결이 발생하여 실제 문제가 발생할 수 있습니다.

따라서 귀하의 질문은 실제로 불완전합니다. -50C의 열실에 보관하면 랩탑이 무한정 행복 할 것입니다. 그러나 -50C로 들어오고 나가면 문제가 발생할 여지가 많습니다. 절대 온도는 습도 범위, 온도 범위 및 저온에서의 물리적 충격의 크기와 마찬가지로 한 가지 요소입니다.