อุณหภูมิต่ำสุด - นอกโลก?

ฉันเคยดูไมโครคอนโทรลเลอร์บางตัวและฉันเห็นว่าพวกเขามีอุณหภูมิการทำงานขั้นต่ำ "แปลก" เช่น -25 องศาหรือ -10 องศาเป็นต้น แต่ฉันไม่เข้าใจจริงๆว่าทำไมถึงมีค่าต่ำสุดสูงสุด ฉันเข้าใจเพราะทุกอย่างละลายและแตกสลายความต้านทานเพิ่มขึ้นทำให้สัญญาณอ่อนเกินไป แต่เมื่อคุณไปที่ด้านเย็น ทุกอย่างจะดีขึ้นเรื่อย ๆ ความต้านทานลดลงทุกอย่างมีเสถียรภาพมากขึ้น แต่กระนั้น ... อุณหภูมิการทำงานขั้นต่ำคือ -25 องศา ... ทำไมมันไม่เป็น 0 เคลวิน?

เพราะฉันคิดเกี่ยวกับดาวอังคาร - โรเวอร์และดาวเทียมอื่น ๆ เมื่อพวกเขาอยู่หลังดวงอาทิตย์พวกเขาทำงานที่เกือบ 0-50 เคลวินพวกดาวอังคาร - โรเวอร์ ... ตามที่วิกิมันเย็นชาที่ -87 ° C (- 125 ° F) และนี่ยังคงหนาวเย็นกว่า -25 องศา

ทุกคนช่วยอธิบายให้ฉันหน่อยได้ไหมว่าทำไมไมโครคอนโทรลเลอร์จึงมีอุณหภูมิในการทำงานต่ำสุด? ยิ่งละเอียดยิ่งดี

2 แก้ไข! แก้ไขคำตอบของฉันเกี่ยวกับ semi-conductors ตามคำตอบของ jk ด้านล่างอ่านประวัติถ้าคุณต้องการดูบิตผิดที่ฉันแก้ไข!

ทุกอย่างแปลกประหลาดภายในขอบเขตที่กำหนด ฉันหมายถึงแน่นอนว่าความต้านทานดีขึ้นในตัวนำ แต่มันจะเพิ่มขึ้นในกึ่งตัวนำและการเปลี่ยนแปลงนั้นส่งผลต่อการทำงานของ IC โปรดจำไว้ว่าวิธีการทำงานของทรานซิสเตอร์บนพื้นฐานที่คุณสามารถแก้ไขความต้านทานของพวกเขาและถ้าอุณหภูมิลดลงต่ำจนคุณไม่สามารถลดความต้านทานได้อีกต่อไปคุณจะมีปัญหา! ลองนึกภาพว่าในทันทีที่กึ่งตัวนำของคุณกลายเป็นตัวต้านทานเป็นหลัก ... คุณควบคุมมันได้อย่างไร? มันไม่ทำงานในลักษณะเดียวกันอีกต่อไป! ตอนนี้ฉันสับสนเล็กน้อยที่คุณจะได้รับ -25 ° C เนื่องจากสเปคอุตสาหกรรม / การทหารควรวางไว้ที่ -40 ° C สำหรับอุณหภูมิการทำงานขั้นต่ำ

แต่สำหรับคำถามอวกาศฉันสามารถตอบได้ว่าเมื่อฉันทำงานในแล็บอวกาศ! โดยทั่วไปคุณมีปัญหาด้านความร้อนสามประการในอวกาศ:

1) ในอวกาศคุณเพียง แต่แผ่ความร้อน การแผ่รังสีเป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการกำจัดความร้อน ในบรรยากาศคุณนำความร้อนขึ้นไปในอากาศรอบตัวคุณซึ่งทำให้การระบายความร้อนง่ายขึ้นมาก ดังนั้นในอวกาศคุณต้องใส่ฮีทซิงค์ขนาดใหญ่เพื่อให้ความร้อนเข้าไปในพื้นผิวที่แผ่รังสีมากขึ้น

2) หากคุณมีส่วนประกอบที่ไม่สร้างความร้อนพื้นที่ก็มีความสุขที่จะให้คุณเย็นชาอย่างแท้จริง! โดยทั่วไปสิ่งที่คุณทำคือคุณมีองค์ประกอบความร้อนแบบแอคทีฟเพื่อให้ส่วนประกอบที่ไม่สร้างความร้อนมากกว่าที่แผ่รังสีออกมา แต่มีขีดจำกัดความร้อน

3) การชิงช้าด้วยความร้อนเป็นเรื่องปกติเพราะคุณจะออกและกลับเข้าสู่แสงอาทิตย์ ดังนั้นคุณต้องมีการจัดการระบายความร้อนที่คุณมีฮีทซิงค์ขนาดใหญ่ซึ่งสามารถแผ่ความร้อนออกมาเมื่อมันร้อนและฮีตเตอร์จะไม่ร้อน

นอกจากนี้คุณยังสามารถรับช่วงอุณหภูมิที่กว้างขึ้นซึ่งต่ำลงและสูงขึ้นได้ แต่ก็มีข้อ จำกัด อยู่เสมอ บางคนใช้ในที่ที่อุณหภูมิเย็นจะแตกคนตายเพราะโลหะจะหดตัวมากกว่าพลาสติก (หรือกลับกัน) ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมพวกเขาถึง จำกัด การจัดเก็บเช่นกัน!

ขีด จำกัด ส่วนใหญ่อยู่ในวัสดุ นอกจากนี้คุณยังมีแนวโน้มที่จะได้ชิปที่ทำจากเซรามิกสำหรับบรรจุภัณฑ์ซึ่งสามารถเพิ่มหรือลดขีดจำกัดความร้อนได้

อย่างไรก็ตามฉันหวังว่าจะอธิบายให้คุณทราบ ฉันสามารถลองตอบคำถามอื่น ๆ ได้ แต่ฉันจะยอมรับว่าฟิสิกส์ของสารกึ่งตัวนำอุณหภูมิต่ำไม่ใช่มือขวาของฉัน!

แก้ไขครั้งที่ 1:

นี่คือลิงค์ไปยังรายการวิกิพีเดียเกี่ยวกับความคิดที่ว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่าจะมีอิเล็กตรอนน้อยลงซึ่งตื่นเต้นพอที่จะสร้างกระแสไหลผ่านตาข่ายสารกึ่งตัวนำ นี่ควรให้ความคิดที่ดีว่าทำไมความต้านทานจึงสูงขึ้นและทำไม 0 เคลวินจึงไม่เคยเป็นตัวเลือก

คำตอบของ Kit นั้นถูกต้องเกี่ยวกับส่วนประกอบในอวกาศ แต่ฉันคิดว่าฉันจะขยายเซมิคอนดักเตอร์และตัวนำตัวนำเล็กน้อย (หลวมมากโดยไม่มีคณิตศาสตร์)

ความต้านทานตัวนำลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลง นี่คือคับเนื่องจากความต้านทานมาจากอิเล็กตรอนไหลฟรีถูกชะลอตัวลงโดยการสั่นสะเทือนในผลึกคริสตัลพวกเขาจะไหลผ่าน อุณหภูมิที่ลดลงหมายถึงการสั่นสะเทือนที่น้อยลง

ความต้านทานของตัวนำเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง นี่คือคับเพราะพวกเขาไม่มีอิเล็กตรอนอิสระที่จะดำเนินการประจุที่อุณหภูมิต่ำในสถานที่แรก เมื่อได้รับความอบอุ่นพวกเขาจะได้รับพาหะที่มากขึ้นและสิ่งนี้มีน้ำหนักต้านทานพิเศษจากการสั่นสะเทือนที่เพิ่มขึ้นในโครงสร้าง

สุดท้ายตัวนำยิ่งยวดนั้นพึ่งพาปรากฏการณ์ควอนตัมที่แปลกประหลาด ไม่ว่าจะอยู่ในอุณหภูมิที่หนาวเย็นมากและ / หรือโดยการให้อิเล็กตรอนอิสระของพวกมันถูกกักขังอยู่ในฟิล์ม 2 มิติแทนที่จะเป็นของแข็งสามมิติซึ่งทำให้ฟิสิกส์สามารถทำให้เกิดการสั่นสะเทือนได้

เพิ่ม ระบบยานอวกาศยานอวกาศ (AVSI) ได้ทำการวิจัยในคำถามนี้

"วิธีฟิสิกส์เชิงปริมาณที่แม่นยำของความล้มเหลวไปสู่ความน่าเชื่อถือของวงจรรวม" ข้อสรุปของพวกเขาอยู่บนพื้นฐานของการวิเคราะห์สาเหตุของฟิสิกส์และรากโดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากขนาดของฟีเจอร์มีขนาดที่ใหญ่โตในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา

1) ElectroMigration (EM) (การปนเปื้อนของสารกึ่งตัวนำจากการรั่วไหลช้าของไอออนโลหะ)

2) Time Dependent Dielectric Breakdown (TDDB)หรืออุโมงค์ช้าของตัวนำตัวนำผ่านฉนวนออกไซด์จากสนามที่อ่อนแอ (และรังสีแกมมา)

3) Hot Carrier Injection (HCI)เมื่อความเข้มข้นของหลุมกระโดดข้ามสิ่งกีดขวางอิเล็กทริกในกับดักประจุที่ใช้โดยเซลล์หน่วยความจำเพื่อเปลี่ยนสถานะหน่วยความจำอย่างถาวรที่เกิดจากการแผ่รังสีค่อย ๆ กัดเซาะขอบจนล้มเหลว

4) ความไม่เสถียรต่ออุณหภูมิอคติเชิงลบ (NBTI)ความเครียดของ NBTI ซึ่งเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าของเกณฑ์ PMOS ของทรานซิสเตอร์ได้กลายเป็นที่โดดเด่นมากขึ้นเนื่องจากรูปทรงของทรานซิสเตอร์ถึง 90 นาโนเมตรและต่ำกว่าและรุนแรงขึ้นจากกับดัก

เหตุผลสี่ประการข้างต้นนี้เป็นเรื่องธรรมดาที่สุดในขณะนี้ที่มี IC ของห้วงอวกาศและ IC ของผู้บริโภค อวกาศมีรังสีมากขึ้นและปัจจัยความเครียดจากสิ่งแวดล้อม กฎของมัวร์ยังเร่งโหมดความล้มเหลวใหม่เหล่านี้

ในอดีตเหตุผลทั่วไปที่พบบ่อยที่สุดสำหรับเทคโนโลยีเก่าของ IC นั้นถูก จำกัด อยู่ในช่วงอุณหภูมิที่เกิดจากการใช้งานด้วยบรรจุภัณฑ์และความเครียดจากสิ่งแวดล้อม

ช็อตการระบายความร้อนการควบแน่นและการระเหยอย่างรวดเร็วเช่นเดียวกับเอฟเฟกต์แบบอะนาล็อกของ Consumer Drift ความร้อน IC ถูก จำกัด 0 ~ 85'C ในกรณีพลาสติกด้วยเหตุผลนี้ มันไม่ได้เป็นตราประทับที่สมบูรณ์แบบและความชื้นเข้าเป็นไปได้ แต่ถึงแม้จะมีพื้นที่แข็งแก้วเซรามิก passivated IC ของมีขีด จำกัด ของความร้อน นอกเหนือจากปัญหาความชื้นที่ระบุด้านล่างโปรดอ่านปัญหาที่ได้รับการยืนยันล่าสุดด้านบน

สิ้นสุดการแก้ไข

หากมีโมเลกุลของความชื้นมากพอเมื่อเวลาผ่านไปและมันก็จะหยุดและแตกพื้นผิวที่มันล้มเหลว .. ถ้ามันทำงานได้ดีในสถานะแช่แข็งด้วยโมเลกุลของน้ำแข็งที่แช่แข็งแล้วละลายและทำให้เกิดการกัดกร่อนหรือการรั่วไหลและล้มเหลว มันเป็นความผิดของคุณ ซีลพลาสติกบางชนิดนั้นดีกว่าเล็กน้อยและความร้อนในตัวเองช่วยป้องกันบางส่วนจากการแช่แข็งที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิที่กำหนดซึ่งจะช่วยลดการเคลื่อนย้ายของความชื้น

ในตอนท้ายระดับสูงผลป็อปคอร์ทำให้ความชื้นในการพัดชิปและเกรดอีพ็อกซี่สีดำได้ดีขึ้นอย่างมากในช่วง 40 ปีที่ผ่านมาเนื่องจากซูมิโตโม Clear Epoxy นั้นไม่ดีเท่าไหร่และใช้ในเคส LED หรืออุปกรณ์ IR บางตัว ดังนั้น LED จะต้องอยู่ในที่แห้งก่อนการบัดกรี การออกแบบที่ทันสมัยของเครื่องยนต์ LED ขนาดใหญ่ที่ไม่มีลวดทองแดงมัสสุทองได้รับการจัดอันดับให้อยู่ในระดับ RH @ Temp ไปเรื่อย ๆ ในขณะที่ส่วนที่เหลือมีความเสี่ยงหลังจากเปิดรับแสงสองถึงสามวันในระดับสูง จริงๆแล้วมันเป็นความเสี่ยงที่ถูกต้องและไม่ดีเท่าการกระทบกระเทือน ESD ยกเว้นการตัดลวดทอง

นี่คือเหตุผลว่าทำไมพื้นที่ทั้งหมดหรือช่วงอุณหภูมิทางทหารมีแนวโน้มว่าจะเป็นเซรามิกที่มีการเคลือบแก้วที่ด้านบนและทำให้ชิ้นส่วนของผู้บริโภคอยู่ในระดับ 0 องศาเซลเซียส

ข้อยกเว้นใด ๆ เช่นช่วงอุณหภูมิอุตสาหกรรมและการทหารนั้นเกิดจากข้อกำหนดที่เข้มงวดกว่าสำหรับการทหารในช่วงอุณหภูมิที่กว้างกว่าอุตสาหกรรม แต่ทั้งสองฟังก์ชั่นในช่วงกว้างไม่ได้รับประกันรายละเอียดแบบอะนาล็อก

CMOS ทำงานเร็วกว่าความเย็น TTL จะร้อนเร็วกว่าความเย็นและจุดแยกทางแยกลดลงเพื่อกระจายความร้อนน้อยลง ฉันได้ทดสอบ HDD 8 "ดิสก์ไดรฟ์เหนือถุงน้ำแข็งแห้ง <-40'C หลังจากผ่านไปหนึ่งชั่วโมงเพื่อให้ทหารใช้งานได้ แต่ไม่รับประกันว่าจะมีการควบแน่นกับการป้องกันการชนศีรษะ .. วินาทีถึง .... แต่ผ่าน 0'C จากการแช่แข็งขึ้นไป ... นั่นเป็นความเสี่ยงต่อความชื้น

เพิ่มการอ้างอิงวารสารเพื่อพิสูจน์ ปัจจัยความน่าเชื่อถือที่ จำกัด ซึ่งมีผลต่ออุณหภูมิของวงจรรวมทั้งหมด (โดยเฉพาะชิปขนาดใหญ่เช่นไมโครคอนโทรลเลอร์) เป็นบรรจุภัณฑ์เชิงกลมากกว่าฟังก์ชั่นของเซมิคอนดักเตอร์ มีบทความความน่าเชื่อถือหลายร้อยรายการที่จะอธิบายสิ่งนี้ นอกจากนี้ยังมีบทความที่จะอธิบายว่าทำไมจึงมีความแปรปรวนของขีด จำกัด อุณหภูมิต่ำ บางคนไม่ได้รับการจัดอันดับจาก -40'C ด้วยเหตุผลที่ดีและสิ่งที่เพิ่มเติมจาก 0'C อาจเป็นเพราะเหตุผลที่ไม่ดี แม้ว่าจะไม่ได้ระบุอย่างชัดเจนว่าผลกำไรเป็นเหตุผล แต่วิศวกรของจูเนียร์ใช้ HALT ไม่ถูกต้องเพื่อขยายช่วงคุณสมบัติที่มีความเสี่ยงจากการเข้าใจผิดเกี่ยวกับการย้ายถิ่นของสารเคมีและความเค้นของโครงสร้างที่มีอยู่ ในขณะที่ บริษัท ที่ฉลาดจะได้รับการตรวจสอบอีกครั้งด้วยเหตุผลที่ดีซึ่งฉันจะสนับสนุนด้วยการอ้างอิงด้านล่าง

1. คุณสมบัติที่ปิดผนึกอย่างดีไม่ได้เป็นปรากฎการณ์แบบดิจิตอล

มันเป็นแบบอะนาล็อกและเกี่ยวข้องกับปริมาณของการเข้าหรือความชื้นรั่วไหลเป็นปรกติ creaps เป็นแพคเกจกล
ตามที่ระบุไว้ในลิงค์ด้านบน

1. "การปล่อยก๊าซภายในอาจทำให้เกิดการควบแน่นของหยดน้ำทำให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ลดลงและนำไปสู่ความล้มเหลวของอุปกรณ์อย่างสม่ำเสมอ" 2. "ตราประทับที่ผลิตนั้นถูกปิดผนึกในตอนแรก แต่มีแนวโน้มที่จะล้มเหลวในการเร่งปฏิกิริยาในระหว่างการแช่นาน ๆ และการขี่จักรยานอุณหภูมิในน้ำเกลือเนื่องจากความแตกต่างของ CTE ระหว่างผนังแคปซูลแก้ว (5.5 × 10−6 / ◦C) และ 90% Pt – 10% Ir feedthrough (8.7 × 10–6 / ◦C) "

2. จากรูปที่ 6 ในรูปที่ 6 จะเห็นได้ว่าที่ 1.0 atm และ0◦Cความเข้มข้นความชื้นที่จำเป็นสำหรับการสร้างหยดน้ำคือ 6,000 ppm ที่ระดับต่ำกว่าร้อยละของไอน้ำนี้หยดของเหลวจะไม่สามารถ รูปแบบดังนั้นวัสดุและกระบวนการปิดผนึกส่วนใหญ่จะถูกเลือกเพื่อรักษาสภาพแวดล้อมของบรรจุภัณฑ์ภายในไว้ที่หรือต่ำกว่า 5,000 ppm ของความชื้นตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ " อย่างไรก็ตามการปนเปื้อนสามารถเปลี่ยนแปลงสิ่งนี้ได้

ฉันจะเขียนหนังสือเกี่ยวกับเรื่องนี้ แต่แล้วอื่น ๆ อีกมากมายเพื่อให้มีอยู่แล้วดังนั้นฉันแค่จะอ้างอิงวรรณกรรมบางอย่างที่ฉันจะพิสูจน์คำตอบที่ถูกต้อง

คำหลักพร้อมลิงก์

• แม่พิมพ์โพสต์ - แม่พิมพ์บ่มอีพ็อกซี่เรซิ่น OCN MFR การหดตัว biphenyl การดูดซึมความชื้นแพคเกจความน่าเชื่อถือเทอร์โมวิเคราะห์แบบไดนามิกการวิเคราะห์เชิงกล
• ความน่าเชื่อถือของแพ็คเกจความต้านทานความชื้นและความน่าเชื่อถือของพันธบัตรลูก / ตะเข็บ
• ความชื้นเข้าใกล้ทำให้เกิดความล้มเหลวบนบรรจุภัณฑ์
• ความล้มเหลวที่เกิดจากความร้อนที่อุณหภูมิสูงจากความชื้น
• อีก 88 บทความที่สนับสนุนการจ่ายเงินนี้