-40도에서 85도까지의 작업 환경 사양으로 -55도에서 MCU를 작동시킬 수 있습니까?

누군가가 스크리닝 방법에 대해 언급했다고 들었습니다 .10 개의 MCU를 -55도에서 작동시키고 올바르게 작동 할 수있는 것을 찾아서 깨진 것을 버립니다.

방법이 적용 가능합니까? 스크리닝 테스트에서 MCU가 -55도에서 제대로 작동하고 실제 작업 환경에서 실패 할 수 있다고 걱정합니다.

그렇지 않은 경우 가능한 해결책은 무엇입니까? 우리는 매우 우수한 DSP 성능으로 인해 stm32f4를 사용하고 있습니다. 우리가 찾은 -55도에서 작동하는 MCU에는 DSP가 없으며 약 20MHz의 저주파에서만 작동 할 수 있습니다.

운영 환경에 있지 않은 확실한 방법은 범위 밖에서 테스트하는 것입니다. 예를 들어, 클럭 속도가 높고 전압이 정상보다 높거나 낮은 전압에서 -65 ° C로 부품을 테스트 할 수 있습니다.

제조업체는 아마도 극한의 온도에서 테스트하지는 않지만 테스트 조건에서 얼마나 많은 마진이 필요한지 알고 테스트합니다. 또한 모든 것을 테스트하고 있는지 확인하는 방법도 알고 있습니다. 당신은 아무것도 몰라 예를 들어, 오실레이터와 같은 장치는 -40 ° C까지 잘 작동하고 한 번 매우 낮은 온도에서 작업을 시작했지만 일부는 -45 ° C에서 시작하지 못할 수 있습니다. 일부 타이밍 조건으로 인해 하나의 특정 명령어가 먼저 실패하기 시작할 수 있습니다.

제조업체가 해당 온도에 적합한 장치를 공급할 수있는 것이 가장 좋습니다. 또는 편안한 휴식을위한 로비. 또는 적절한 예열 기간 후 최소 온도를 보장하기 위해 히터를 넣어 두십시오 (허용 온도에 도달 할 때까지 작동을 방해 할 수 있음).

부품이 군용 저온 범위를 충족해야하는 경우 실제로 작동하는지 확실하게 확인해야합니다.

말씀 드린대로 온도 범위를 벗어난 테스트 중에 장치의 성능이 저하되었는지 알 수 없습니다. 두 가지 옵션이 있습니다.

1. 부품이 견딜 수있는 극한 온도에 대해 제조업체에 문의하십시오. 온도 범위가 매우 비슷하다는 것을 알았을 것입니다. 제조업체는 일반적으로 지정된 온도 범위를 선택하여 실현 가능하지만 잠재 고객에게 호소 할 수 있으며, 부품이 더 견고하다고 생각할 수 있지만 해당 온도 범위로 테스트 할 수 있습니다. 테스트 비용이 많이 듭니다. 그들이 기적적으로 대답한다면, 나는 그들이 확실하게 대답하지 않을 것이며, 당신의 부품이 죽으면 당신의 책임이라고 말할 것입니다. 그러나 신뢰성 목표에 따라 장치를 테스트하고 확장 된 온도 범위에서 장치를 사용하는 것이 더 안심 될 수 있습니다.
2. 히터, 온도 센서 및 제어 시스템 (동일한 마이크로 컨트롤러 + 드라이버 일 수 있음)을 사용하여 설정된 한계 내에서 온도를 제어하십시오. 당신은 저온에서 작동하기를 충분히 운이 좋으며, 이는 동일한 주변 온도 차이에 대해 더 쉽고 저렴합니다. 솔직히 말해서 이것은 훨씬 더 안정적인 시스템에는 큰 문제가되지 않습니다. 히터의 전원 요구 사항을 대략적으로 계산 한 다음 칩 근처에 전원 저항과 서미스터를 납땜하고 히터의 드라이버 (단순한 트랜지스터 일 수 있음)를 추가 한 다음 백그라운드에서 낮은 주파수. 그것은 해결해야 할 방정식 1 개, ~ 5-6 개의 구성 요소 및 ~ 10 줄의 코드입니다. PI 제어를 사용할 필요조차 없습니다. 히스테리시스가있는 비교기가 작업을 수행 할 수 있습니다.

당신이 말하는 것을 때로는 '업데이트'라고합니다. 'derating'의 반대입니다. 응용 프로그램 및 안정성 요구 사항에 따라 일부 또는 모든 구성 요소에 적용됩니다.

업데이트 의 주제에 대한 오래된 기사 가 있습니다. 마지막에 권장 사항은 좋은 것입니다. 저온에서 작동하면 어떤 영향을 받는지 제조업체에 문의하십시오. 그들은 당신이 그들을 위해 큰 / 전략적 고객이 아닌 한, 그들의 한계를 벗어난 작동을 보장하지는 않지만, 그들이 가장 염려하는 것에 대한 지침을 제공 할 수 있으며, 이는 당신이 좋은 삶의 시험 / 스크린을 구성하는 데 도움이 될 수 있습니다.

실제 해답은 수많은 요소에 달려 있습니다. 열 사이클 (뜨거운 온도와 차가운 온도 사이)이 보이거나 -55C에서 작동합니까? 열 사이클링은 본드 와이어 및 IC 패키징에서 기계적 고장을 유발합니다. '일회용'대 '미션 크리티컬'애플리케이션입니까? 즉, 장애가 발생한 결과는 무엇입니까? '일회용'인 경우 (단일 사용을 위해 단일 장치를 구축하는 경우) 몇 가지 장치를 테스트해도됩니다. 미션 크리티컬 한 상황이거나 부품이 저온에서 영구적으로 작동하는 경우 자격에 더 많은 노력을 기울이고 싶을 것입니다.

이와 같은 선별은 수년간 군용으로 실시되었습니다. 이해해야 할 중요한 부분은 부품 성능의 실제 "절벽"이 어디에 있는지입니다. 우리는 부품이 -200C에서 작동하지 않을 것이라는 데 모두 동의 할 수 있습니다. 또한 부품이 -41C에서 (STM32F 작동 범위를 벗어나면) 제대로 작동 할 것이라는 데 모두 동의 할 것입니다. 제조업체는 부품 작동 범위에 보호 밴드를 설치했습니다.

관련 질문은 다음과 같습니다. 가드 밴드의 위치를 ​​파악하고 원하는 낮은 온도 범위를 포함하여 여러 로트에서 변경 될 수 있습니다.

저온에서 부품의 신뢰성과 고장 분포가 어떻게 보이는지에 대한 좋은 통계를 얻으려면 많은 부품을 테스트해야하므로 고장 모드가 구현에 나타날 가능성을 예측할 수 있습니다. 그런 다음 제품이 생산되면 승인 샘플링으로 부품 성능을 모니터링해야합니다 .

이 모든 것에 대한 대안은 히터를 설치하고 STM32F의 다이 온도 센서를 히터 제어 루프의 피드백으로 사용하는 것입니다. 콜드 스타트에는 도움이되지 않지만 계속 작동하는 장치라면 괜찮을 것입니다.

나는 당신이 그렇게 말하지 않더라도 MCU가 CMOS라고 가정합니다. 모든 MCU에는 최대 작동 온도를 제한하는 자체 발열 문제가 있습니다. 예를 들어 충전기가 연결된 iPhone은 터치시 약 50C를 느낄 수 있지만 작동시 내부적으로 125C 이상일 수 있습니다. 따라서 일반적으로 열류로 인증하는 동안 MCU에 대한 테스트 제한은 설계 제한이 정상임을 보장합니다. 한도 아래로 내려 가면 트랜지스터 지연이 줄어들어 레이스 위험이 발생할 수 있습니다. 또한 고유의 캐리어 농도가 감소하여 이동성에 영향을 미칩니다. MCU에 A / D 또는 D / A 변환기가있는 경우 최대 오류와 같은 특성이 증가하거나 전혀 작동하지 않을 수 있습니다.

주파수를 낮추면 전혀 도움이되지 않습니다 (고온에 도움이 될 수 있음). 범위를 벗어난 장치를 사용하는 경우의 가장 큰 단점은 오류 확률이 낮더라도 초당 수백만 개의 명령이 실행되면 여전히 중요하다는 것입니다. 전력 소비에 대해 너무 구체적이지 않은 경우 코드에서 절전 루틴 (예 : 정지, 절전 등)을 비활성화 할 수 있으며 이는 작은 자체 발열 효과로 이어지며 두꺼운 단열재를 사용하여 향상시킬 수 있습니다 . 그러나 장치가 고온뿐만 아니라 매우 낮게 작동해야하는 경우 문제가됩니다.

제조업체의 느리고 빠른 로트에 액세스 할 수 없으면 장치를 사전 검증하는 것이 큰 도움이되지 않습니다. 신뢰성을 평가하기위한 극한의 도핑 및 금속 두께와 같은 다른 파라미터가 될 것이다.

예산이 충분하지 않은 경우 ARM 또는 경쟁 업체 중 한 곳에서 자체 프로세서를 라이센스하여 자체 온도 사양으로 강화할 수 있습니다. 이를 고객 자체 툴링 (COT) 방식이라고합니다. 필요한 경우 메모리 컨트롤러 IP 및 주변 장치도 라이센스 할 수 있습니다. 대안은 맞춤화를 전문으로하는 제조업체에 접근하여 확장 된 온도 범위에서 필요한 제품을 사전 검증하도록 요청하는 것입니다.

사용자 지정을 수행하는 제조업체는 칩을 확인하는 데 필요한 모든 CAD (Computer Aided Design) 데이터베이스에 액세스 할 수 있습니다. 더 낮은 온도에서 설계를 재확인하는 것은 간단한 문제입니다. 그러나 이들은 일반적인 범위를 벗어난 온도에서 실리콘을 특성화하기 위해 두 번째 공급 업체에 의존 할 수 있습니다. 이를 위해서는 광범위한 SPICE 시뮬레이션 및 관련 라이브러리 특성화 실험이 필요합니다.이 실험은 최대 규모의 고객을 제외한 모든 고객이 기꺼이 수행하려는 범위를 벗어날 수 있습니다. 이 공정의 일부로 앞서 언급 한 열류를 사용하여 분할 로트가 지정한 저온에서 테스트 벡터를 여전히 통과하는지 확인할 수 있습니다. 이것은 또한 다른 답변에서 언급했듯이 수율 손실을 초래할 수 있습니다.