我注意到很多电子产品的工作温度都在-40°C以下。微芯片微处理器的一个突出例子第页：https://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx？branchID=1012（检查最后一列）。
我想要什么
我希望这个电子设备能工作到-80°C（或≈-110°F）
我不能做的事
我不能“加热”电路的外壳，甚至电路本身。
一些例子
气象气球（-56°C，10公里至15公里，不包括极端情况）
辉瑞疫苗冷冻柜电子温度计（-60°C至-80°C）
不屈不挠的火星车（火星上平均-65°C，不包括极端情况和超级摄像头）
火箭
军用飞机
卫星
等。
我的案子
借助于氢或氦，在高空遥控气球中操作一个相当基本的电子系统。电路应该工作7小时左右。
所以我有三个问题：
•为什么“一般”-40°C？为什么有这个特殊的价值？
为什么不-39℃，-41℃？
•我们是否可以添加额外的保护以承受低温（直到-80°C或≈-110°F）？
我有时在某些电路上看到一层硅酮倒在电路上。我知道还有其他的替代品，如聚氨酯，清漆和丙烯酸。它有助于抵御温度吗？假设我们想在-80℃的冰箱里运行一个电路板。
•那么空间电子系统是如何工作的呢？
例如，在月球车上，超级摄像头需要加热，以保持温度高于-40°C。但是，其余零件不加热。如果它真的起作用了，怎么办？
警告
我认为试图找到一个具体的“补丁”我的情况是不是一个好主意。真正的答案可能非常有用，可以让我调整自己的需求，真正理解它是如何工作的。
问题是关于温度。请避免长时间开发与以下相关的内容：
电磁兼容性（CEM）
压力
快速温度变化
紫外线/红外线/光不稳定电子电路
效率
我们只关注温度。可以进入视线：
湿度或冷凝
冰的形成
温度
分享
引用
改进这个问题
跟随
18小时前编辑的
20小时前问的
业余航空
18144青铜徽章
大多数半导体在-80°C下工作得相当好，可能会降低增益，可能会提高速度，这可能会影响边际设计。降低的增益会导致振荡器不工作，尽管如果它们已经工作了，它们可能会随着温度的下降而继续工作。我在液氮中运行过很多电子设备，从300K到77K的温度变化不大。—80°C大约是200K，所以到77K的温度还不到一半。4K的液氦是另一回事。文献中提供了一些信息，但由于缺乏他们感兴趣的市场，从制造商那里获得担保可能不在考虑之列。保证在低温和极高温度下工作的东西往往价格昂贵。对于简单的零件来说，自己描述它们是很容易的，对于非常复杂的零件来说，100%的保证是非常困难的。
大多数像电阻这样的无源器件也不会有太大的变化——温度系数会有一点变化。陶瓷电容器可能会移动更多。
像弗雷西努斯说的那样，电池和电解电容器是不能很好地工作的，或者根本不能工作，它们很可能会受到限制。其他的东西，如DPSS激光往往有一个非常窄的范围。
据我所知，月球车上有一个长寿命的热源（pu238放射性同位素RTG），所以太冷不是问题。在大多数应用中，包括一大块武器级钚并不是一种特别实用的方法。
分享
引用
改进这个答案
跟随
13小时前编辑的
15小时前回答的
斯佩罗佩夫哈尼
281k1212金徽章234234银徽章586586铜徽章
三
@jonk液态N2也相当便宜，而且很容易作为制冷剂使用。任何有计划的人在拿到材料之前都应该先阅读一下安全程序。氧气报警器不是个坏主意。除了很酷的实验，你还可以在做的时候去掉皮肤标签。–Spehro Pefhany 12小时前
2
@jonk只是把一个带电源的LED插入其中，看着它随着带隙的扩大而改变颜色，这很有趣。氦几乎没有那么有趣-太多的蒸发和太贵，不坚持编织。–Spehro Pefhany 12小时前
三
可以。所以，在我房间里堆满了电子设备、旧的Tek STS设备、零配件、可能会让我因今天购买而被捕的化学品、放射性矿物和用品、图书馆里的数千本书、焊接和木材车间的旁边，我现在不得不求我妻子给我一个有杜瓦瓶的低温实验室等房间。如果我停止在这里写作，我可能发生了可怕的事情。。。；）–12小时前的jonk
2
这架别出心裁的直升机还使用了它的大部分电池电源，让电子设备在11小时前的晚上保持温暖
2
@不，那不行。她一生中从未化过一点妆。她是我见过的最聪明的人之一，她因剧本创作获得了国家级奖项。她也是个喜剧演员。但从不化妆。不要穿高跟鞋。没有裙子。牛仔裤是她的风格。化妆的女人在我看来就像马戏团的小丑，这让我很反感。我花了很长时间才意识到这是她对我更有吸引力的原因之一。她的大脑第一，但那是第二。我得想点别的办法。；）–jonk 4小时前
-40C的值多少是一个标准问题。军用规格也是-55C。-40摄氏度是“足够好”的大多数民用和-55摄氏度是可以接受的一般军事用途。
另一方面，大多数电子元件的工作温度至少能达到-100摄氏度。
你只需要自己找出什么是有效的，什么是无效的。零件的制造商可能会或可能不会帮助你，你可能会或可能不会负担得起制造商的帮助。
另一方面，上次我检查时，一公斤干冰（固体二氧化碳）不到10欧元。保持良好的通风（或者至少知道二氧化碳蒸发的风险），把你的电子产品一直冷冻到-79摄氏度。液氮用于极端的超频项目，它要冷得多，但也更危险。
几乎可以保证失败的是电解电容器和电池。
编辑：还有一件很容易出错的事情：快速冷却和快速回温。不要这样做，否则有些东西会裂开（甚至是看不见的），并且会立即停止工作，或者在一段时间后停止工作（例如，当冷凝水进入裂口时）
分享
引用
改进这个答案
跟随
4小时前编辑的
17小时前回答的
白蜡树
246322银牌1414铜牌
添加评论
6
首先，考虑如果超出零件的温度范围会发生什么。硅、铜等都很硬，不会直接损坏。
参数会发生很大的变化，电路将不再工作。
参数会改变，但电路仍然工作。
不均匀的热膨胀/收缩会使零件产生物理裂纹。
而且，可能会发生其他不好的事情，但让我们集中精力在这些。
组件通常在三个温度范围内制造，商业（0-70摄氏度），工业（-40-85摄氏度）和军事（-55-125摄氏度）。这些范围涵盖了大多数应用。
硅芯片通常是相同的所有三个范围。区别在于包装和测试。零件不会神奇地失败，如果你超过他们的温度范围，我已经运行商业零件到100摄氏度没有问题。
因此，要想超过军用温度范围，就要选择最佳的封装，以尽量减少热问题，并具有能够承受参数变化的稳健设计。为新的温度范围确定零件特性并制定定制规格。
温度循环通常比只到一次极端还要糟糕。可靠性会降低，但对于7小时的气球飞行可能是可以接受的。确定可靠性将是困难的，有专家可以帮助确定将发生什么。
如果应用程序足够重要，则可以创建具有更高保证温度范围的零件。它们将非常昂贵。设计了特殊部件，可在温度可达200℃的油井底部工作。
分享
引用
改进这个答案
跟随
我们是否可以添加额外的保护以承受低温（直到-80°C或≈-110°F）？我有时在某些电路上看到一层硅酮倒在电路上。我知道还有其他的替代品，如聚氨酯，清漆和丙烯酸。它有助于抵御温度吗？假设我们想在-80℃的冰箱里运行一个电路板。
我不认为保形涂层可以抵御寒冷（我的意思是，温度终究会让它通过，即使是超厚的保温瓶也有它的极限）。它们可以防止凝结。有机硅保形涂层只有在-40℃时才好，而需要通过真空室沉积的对甲苯在-200℃时才好。我也不确定有机硅是否能够处理高海拔地区可能遇到的低压，但对甲苯肯定可以。对二甲苯是卫星和太空探测器使用的。
聚氨酯和亚克力可以处理-65C。再次，不知道低压。
分享
引用
改进这个答案
跟随
19小时前编辑的
19小时前回答的
DKNguyen公司
34.5k22金徽章4343银徽章9292铜徽章
在-40度没有多少凝结。——布莱恩·德拉蒙德19小时前
2
@布里安德鲁蒙德：我在想一个冰冻的气球降落到温暖的空气中的过程。–19小时前
添加评论
2
电子产品中的极端温度是一个参数裕度和测试的问题。有些零件，如带有液体电解质的elcos和各种传感器，可能不喜欢深度冷冻，但大多数零件会在低温下继续工作，可能参数不同。
基本上，有三种方法可以确保您的设计正常工作：
测试您的实际设备是否在所需温度下工作
使零件参数的安全裕度足够大，以覆盖所需的温度范围
对不能足够可靠的关键部件使用冗余
如果你使用正确的方法，没有什么不可能的极端温度。即使是像树莓皮这样的消费类电子产品，也能在相当极端的温度下工作。
分享
引用
改进这个答案
跟随
许多电路参数取决于温度。电阻、谐振频率、场效应晶体管的阈值电压等。
如果你的问题是“为什么物质只能在xx温度下工作”，那是因为市场只要求它在这么低的温度下工作。特别是集成电路设计师，无论是在芯片上还是在支撑系统中，都非常努力地设计出能够应对参数变化的设计。在更宽的温度范围内使产品更加坚固，这为设备的设计和特性描述增加了巨大的工作量。
如果你想了解电子器件随温度发生的变化，看看各种无源和分立半导体器件的温度系数，了解许多相同的基本原理（或多或少）适用于集成电路。
设计低温工作系统的技巧：
避免冷启动。如果你能在“正常”温度下启动你的系统，然后启动它，它就更有可能工作。（我们有各种各样的问题冷启动系统低于-40北极钻孔。不知道到底是什么。）
在整个温度范围内校准振荡器（和其他东西）。确保你利用一切手段来调整事情，并根据你的整个工作范围的温度开发查找表。如果你有收音机，这一点尤其重要。
测试，测试，再测试。把东西浸在液氮里，干冰浆，冰柜里。确保你在测试所有的东西，而不仅仅是PCB。完全按照系统部署的方式来做，特别是有时钟的事情（所以…所有的事情）。收音机、电源、微控制器……）和电池！
为您的特定应用程序使用经过验证的设计。如果你能避免的话，就不要再发明轮子了。
分享
引用
改进这个答案
跟随
9小时前回答的
机器人部队
5855青铜徽章
添加评论
0
硅纳米涂层是每一个特定的温度。特定于晶体结构和导电性稳定的温度。因此，要处理更大的温度范围，你需要增强涂层。温度越低，涂层越致密，-40C（-73C）通常是材料发生变形的温度，例如，如果你无法从原理图中操作它们，并且需要完全不同的硅、焊料、pcb材料和无源材料；
分享
