산업용 및 군용 제품의 온도 범위가 왜 그렇게 높습니까?

Wikipedia에서 전기 부품의 일반적인 온도 범위는 다음과 같습니다.

상업용 : 0 ~ 70 ° C

산업 : -40 ~ 85 ° C

군대 : -55 ~ 125 ° C

이 온도가 캐나다 나 러시아와 같은 추운 국가 나 높은 고도에 있기 때문에 더 낮은 부분 (-40 ° C 및 -55 ° C)을 이해할 수 있지만 더 높은 부분 (85 ° C 또는 125 ° C)은 일부 부품에는 약간 혼동이됩니다.

트랜지스터, 커패시터 및 저항 가열은 매우 이해하기 쉽지만 일부 IC는 로직 게이트와 같이 열이 거의 일정하게 발생합니다.

1. 마이크로 컨트롤러를 고려 중이거나 주변 온도가 50 ° C 인 사하라 사막에서 작동하는 경우 (지구 온도가 더 높은지 모르겠 음) 왜 ​​125 ° C 또는 85 ° C가 필요합니까? 내부 전력 손실로 인한 열은 50 ° C 또는 70 ° C가 아니어야합니다. 그렇지 않으면 상용 부품이 25 ° C 환경과 같이 즉시 고장날 수 있습니까?

2. 기온이 일년 내내 0–35 ° C 범위에서만 변동 할 수있는 온화한 기후에 살고 있고 같은 국가에 대해서만 산업용 제품을 설계 할 경우 (수출 금지) 상용 등급 구성 요소를 사용할 수 있습니다 (인증, 법규가 없다고 가정) 책임감이 존재하며 엔지니어링 윤리 만 행동에 영향을 미치나요?)

실리콘이 경험하는 최대 온도는 주변 온도보다 훨씬 클 수 있습니다. 50 ° C의 주변 환경이 확실히 발생합니다. 122 ° F 밖에 안됩니다. 유마 애리조나 북부 코파 야생 동물 보호소에서 직접 경험했습니다. 원하지 않는 경우가 아니라 최악의 경우를 설계해야합니다. 주변 온도가 60 ° C (140 ° F) 일 수 있다고 가정하겠습니다.

그 자체로는 큰 문제가 아니지만 그 자체로는 얻지 못합니다. 야외에서 60 ° C를 읽는 것과 동일한 온도계를 가지고 태양 아래 바닥에 앉아있는 금속 상자에 넣으십시오. 점점 더 뜨거워 질 것입니다.

피닉스 AZ에서 누군가가 햇볕에 자동차 후드에서 달걀을 튀기는 것을 보았습니다. 물론 이것은 의도적으로이 목적을 위해 마련된 스턴트였습니다. 차는 직각으로 주차되었고, 후드 조각은 직각으로 기울어졌으며 평평한 검은 색으로 칠해졌습니다. 그러나 여전히 태양에 앉아있는 금속 조각만이 매우 뜨거울 수 있음을 보여줍니다.

한 번 라스 베이거스 공항에 주차 한 차를 며칠 동안 두었습니다. 나는 값싼 "스틱"볼펜 중 하나를 대시 보드에 남겨두고 부분적으로 튀어 나왔습니다. 돌아 왔을 때 펜이 대시 보드의 립 위로 90 °로 구부러졌습니다. 그런 펜이 어떤 온도에서 녹는지는 모르겠지만, 동봉 된 상자에서 일반적인 충분한 조건에서 주변 온도보다 훨씬 더 뜨겁습니다.

태양 아래 대시 보드에 저렴한 가전 제품을 남겨 두어도 작동하지 않으면 약간 짜증이 나고 던져 버릴 수 있습니다. 오일 펌프의 컨트롤러가 너무 뜨거워 여름에 작동을 멈 추면 많은 돈을 잃고 꽤 화를 내고 품질을 더 중요하게 생각하는 다른 회사에서 교체품을 구입할 수 있습니다. 미사일 방어 시스템이 개발 된 매사추세츠의 편안한 테스트 범위 대신 이라크 사막에 배치되어 미사일 방어 시스템이 작동을 멈추었다면 사망했을 것입니다. 해고되지 않은 조달 담당자는 모든 전자 장치가 고온에서 작동하도록 요구하고 추가로 이러한 조건에서 테스트를 받도록 요구합니다.

우선, 군사 장비는 비싸다. 고객이 기꺼이 지불하려는 경우에만 실제로 고온에서 물건을 테스트 할 여유가 있습니다. 군 고객은 보통 사람들 만 꿈꾸는 예산을 가지고 있습니다.

그렇다면 IC를 미사일에 넣으면 미사일이 연소 끝이나 공기 마찰 끝에서 뜨거워지면 실패하지 않을 수 있습니다. 위성, 대륙간 로켓 등에 들어갈 수있는 것들도 마찬가지입니다. 우주에 닿 자마자 지구의 그늘에 있으면 상황이 정말 추워 질 수 있습니다 . 군용 및 항공 우주 (일반적으로 대부분 동일한 회사)는 장치가 많은 G 가속도를 견딜 수 있고, 몇 초 내에 열간 냉온, 여전히 극도로 높아야하는 일반적인 장소입니다. 잘 통합되고 가벼우 며 비용이 위험에 비해 크게 중요하지 않은 경우 :

그러나 온도 관리가 물리적으로 수행되는 방법 외에 주요 차이점은이 세 가지 응용 프로그램 그룹이 서로 다른 종류의 위험 평가를 수행한다는 것입니다.

• 소비자 / 상업용 등급 장치 : 일부 IC는 너무 오래 가열되어 5 년 안에 TV의 1/5000이 고장납니다. 나쁜 일이야 많은 고객들이 새로운 것을 얻게됩니다. 나머지 1 / 10,000 고객의 경우, 서비스를 수행하거나 (제품 비용으로 계산) 열화 이미지로 경쟁해야합니다 (경쟁 업체가 동일하게 수행하므로 실제로 필요하지 않음). 따라서, 설계에 더 많은 보안 마진을 갖는 것은 추정 가능한 환경 조건의 가장자리에서 구성 요소를 테스트하는 것만 큼 의미가 없습니다. 가격 이 가장 중요한 시장에 있으며 고장률은 주로 제조업체의 재무 문제입니다.
• 산업용 등급 장치 : 귀하의 고객은 귀하의 제품에서 매우 비싼 생산 라인을 힌지하는 사람입니다 . IC가 작동하지 않아 폭스 바겐의 생산 라인이 여전히 8 시간을 유지한다고 가정 해 봅시다. 그것은 당신이 방금 일으킨 매우 확실한 손실입니다. VW는 공급 업체가 위험을 관리 할 수 ​​있도록하기 위해 발생할 수있는 모든 환경에 대해 구성 요소를 테스트했는지 확인하기 위해 추가 비용을 부담 할 것입니다.
• 자동차 등급 장치 : 인간의 생명이 위태로워집니다. 즉, 자동차, 지옥 같은 진동 지옥 같은 복잡한 있다는 사실만큼 중요하지, 지옥으로 부분적으로 뜨거워, 그리고에 출시되어 수백만 파악하는 것은 어떤 구성 요소가 안정적으로 (그냥 경우에도 화기 작업에 약간의를 얻을 수 있다는 것을 의미한다, 안전에 중요하지 않은 것)은 많은 자동차를 수리해야 할 수 있음을 의미하며, 이는 실제로 비용 이 많이 들며 실제로 브랜드 이미지를 위험에 빠뜨릴 수 있습니다. 모든 국가에는 "신뢰할 수없는 신뢰성과 나쁜 전자 제품을 갖춘 자동차 제조업체"에 대한 자체적 인 편견이 있으며, 판매를 심각하게 손상시키고 있습니다.
• 군사 등급 장치 : 글쎄, 군대의 약속은 언제 어디서나 준비가되어야합니다. 모든 공급 업체에 극한의 환경 사양을 이행하도록 요청하지 않았기 때문에 실패 할 위험 이 없습니다 . 그렇게하면 롤링 방식이됩니다. 특히 어쨌든 응용 프로그램이 지옥처럼 비싸거나 (전투기 생각) 수만 대에 배포되어 여전히 생명과 미션 크리티컬 한 경우 (군사 통신 장비 생각)에는 위험에 노출되지 않습니다.

군용 (일반적으로 항공 우주) 장비는 종종 다음과 같습니다.

1. 가압되지 않은 베이에서 장비 냉각은 전도에 의한 것입니다. 대류로 열을 전달할 공기 분자가 거의 없기 때문에 대류 냉각은 30,000 피트에서 의미를 잃습니다. 전도만으로 열을 효과적으로 전달하는 것이 훨씬 더 어렵습니다.

2. 섬광 구역 (전투기의 캐노피 바로 아래에서 생각)에서이 영역은 매우 뜨겁습니다.

3. 주변 온도가 70C를 초과 할 수있는 베이에서.

4. 착빙 조건 (제로 이하의 온도)에서 매우 뜨겁거나 (마하 2 정도) 온도 범위에서 변하는 날개의 앞 가장자리에서 사용 가능한 소수의 분자조차도 여전히 매우 높은 마찰로 인해 우주 왕복선 재진입을위한 정교한 열 관리 기능이있었습니다).

단기간 (일반적으로 30 분) 동안 85C의 카드 에지 온도 요구 사항을 갖는 것은 드문 일이 아니며 접합 온도를 120C 이상으로 올리는 데 많은 프로세서 (이름은 하나의 장치 유형) 활동이 필요하지 않습니다.

요약하면, 군사 및 항공 우주 환경은 다운 홀 애플리케이션과 마찬가지로 매우 열악합니다.

다른 사람들이 지적한 바와 같이, 정규화 된 군용 등급 부품은 비쌀 수 있습니다 (상업적인 비용과 비교하여 10 배나 많은 비용). 이에 따라 일부 제조업체 는 여전히 프리미엄이 있지만 이전 솔루션 만큼은 아닌 플라스틱 부품에 대한 스크리닝 프로그램을 도입했습니다.

[최신 정보]

카드 엣지 온도에 대한 의견에 따라 일반적인 전도 냉각 섀시는 다음과 같습니다.

섀시의 외부 부분은 차가운 벽 (온도를 알 수있는 곳 )으로 알려져 있으며 단순히 금속이거나 합리적으로 잘 알려진 온도를 유지하는 다른 방법이있을 수 있습니다.

이제 열 사다리가있는 일반적인 카드가 있습니다.

이들은 종종 알루미늄으로 만들어지며 (싸고 괜찮은 열 매개 변수를 가짐) 사다리는 위 인클로저의 측면 가장자리와 접촉합니다. 상자의 외부와 내부 사이에 약간의 열 차이가 있기 때문에 PCB의 온도 내성 요구 사항은이 내부 열 사다리에서 설정됩니다 . 즉, 카드 가장자리 에서 볼 수 있습니다 .

열이 구성 요소에서이 지점으로 전달되어야하기 때문에 프로세서 또는 GPU와 같은 뜨거운 구성 요소의 PCB가 85C의 카드 에지 온도 (종종 특정 경우)에서 95C 이상이되는 것은 드문 일이 아닙니다. 요구 사항).

$0.4 \frac {W} {mK}$

어떤 상황에서는 열을 발산 하는 유일한 방법은 비싸지 만 열 피복 PCB 를 사용해야 할 수도 있습니다.

다른 여러 의견과 답변에 따르면 전자 회로는 인클로저 안에 있어야하며 자체 열 생산으로 인해 회로가 뜨겁습니다. 그것은 충분히 강조되지 않았습니다. 산업, 상업용 및 자동차 장비의 경우 전자 회로는 밀폐 된 인클로저에 밀봉하여 모든 종류의 오염 물질을 차단해야합니다. 또한 높은 전력 수준이 일반적입니다. 모터 제어, 공정 가열 제어 및 다양한 종류의 강력한 액추에이터가 많이 있습니다. 마이크로 컨트롤러는 해당 종류의 장비와 동일한 인클로저에서 작동 할 수 있어야합니다. 상업용 건물의 경우 환기 및 냉장 장비를 가열하기위한 모터 컨트롤러 및 마이크로 컨트롤러는 온도 제어가되지 않는 옥상 인클로저에 설치되는 경우가 많습니다.

일반적인 산업용 장비는 자체 열로 인해 뜨거워집니다. 인클로저 내부의 일반적인 온도 상승은 20-30 도입니다. 에어컨이없는 건물에 넣으면 온도가 70-80도까지 올라가고 때로는 산업 범위로는 충분하지 않습니다. 이러한 경우 수동 대류, 강제 대류, 수냉 등 모든 종류의 냉각이 사용됩니다.

왜 그렇게 높은가요? 환경이 높고 모든 것이 좋은 온도 조절 환경에 앉을 수는 없기 때문에 ... 인간은 그것을 필요로하고, 전자 제품은 비행기를 타지 않습니다. 동체의 고도 부분에서 -55C가 발생합니다.

번인 테스트에 관한 것입니다. 실리콘 웨이퍼는 제조시 약간의 결함이 있으며, 각 요소는 최종 검사를 통과해야한다. 따라서 시장 목적지에 따라 다른 온도가 설정되어있는 테스트를 위해 소위 번인 챔버가 있습니다 (냉동의 존재는 알지 못하며 아마도 필요하지는 않습니다).

소비자는 결함이있는 경우에도 대부분의 IC가 생존합니다. 산업에서는 결함이 큰 웨이퍼를 가진 사람들은 실패하고, 군 사실에서는 결함이 작은 사람들은 실패합니다.

운이 좋으면 군대처럼 좋은 소비자 부분을 얻을 수 있습니다. 테스트는 일반적으로 결함 부품에 대해 파괴적입니다.

내가 알다시피, 당신은 3 가지 질문을하고 있습니다. 하나의 주요 질문과 2 개의 하위 질문 (1,2).

주요 질문에 대한 답변은 산업 및 군사 제품이다 실제로 발생할 수 지정된 온도 범위, 그리고 사용자가 원하는 보장 할 제품이 있음을 실패하지 않습니다 주어진 온도 범위 내에서 사용하는 경우.

하위 질문 1에 대한 답변은 고려해야 할 두 가지 추가 매개 변수가 있다는 것입니다. a) 전력 소비, b) 안전 여유.
칩이 전력을 소비 할 수 있으려면 주변 온도가 내부 온도보다 35C 낮아야합니다. 또한 필요한 최대 온도보다 25C 낮은 안전 마진을 허용해야합니다. 이러한 요구 사항을 고려하기 위해 주변 온도가 50C 인 제품은 110C 이상에서 작동 할 수 있어야합니다 (50 + 35 + 25). 따라서 125C에서 작동하는 구성 요소를 요구하는 것은 매우 합리적입니다.

하위 질문 2에 대한 답변은 아니오입니다 . 상용 등급의 구성 요소를 사용해서는 안됩니다 . 안전 여유가 없습니다 ! 산업 등급 이상 을 사용해야 합니다.

기존 답변 중 일부에 가장 잘 부합하는 간단한 답변 (질문에 초점을 맞춘 곳)은 장치 전력 소비가 장치의 온도를 정격 (또는 그 이상)까지 쉽게 얻을 수 있다는 것입니다 온도. 디자이너의 임무는 장치를 기능 범위 내에서 유지하는 것입니다. 장치의 정격 온도가 50C이고 50C 환경에서 작동하는 경우 어떤 전력도 소비 할 수 없으므로 일부 능동 냉각 시스템 없이는 실제로 작동 할 수 없습니다.

동일한 50C의 125C 장치에는 75C의 열 헤드 룸이있어 시스템에 적용되는 열 저항에 관계없이 전력을 소비 할 수 있습니다.

또 다른 이유는 : 그들이 될 수 있기 때문에!

우주 응용 분야의 경우 더 높은 온도에서 더 높은 온도를 선호합니다.

설명되지 않은 downvote로 인해 수정 :

어쩌면이 대답은 누군가에게 너무 짧았습니다. 좀 더 설명하겠습니다.

다음 은 몇 가지 표시를 제공하는 페이지입니다.

• 실제 실리콘 자체의 상한은 일반적으로 150 ° C입니다. 따라서 패키지 및 전력 소비가 허용하는 경우 패키지의 한계는 150 ° C-125 ° C 일 수 없습니다.
• 실제 실리콘 자체의 하한은 위의 링크에 따라 약 -117 ° C (100 ° C)입니다. 실제로 집적 회로의 설계 지점에서 너무 멀다.
• 상업 및 산업 회로의 한계가 크면 경제학에 대한 문제가 있습니다. 더 많은 장치를 버려야합니다. 다시 말해, 상업 및 산업 응용 분야에서 제품을 경제적으로 흥미롭게 유지하려면 운영 한계를 제한해야합니다. 경제적으로 높을 수는 없습니다 (이러한 한계를 정의 할 때 과거보다 덜 사실입니다).
• 시장 규모가 작고 다른 클래스와 함께 작동하는 법을 배웠기 때문에 공간 등급이 없습니다. 예를 들어 전자 장치는 온도가 범위 내에 있고 위성 온도가 너무 높지 않은 위성 중앙에 배치됩니다. 또한 특정 디자인, 특히 방사선 강화 장치 [방사선이 위성의 핵심에 도달 할 수 있음]와 방사선에 덜 영향을받는 기술을 사용합니다.