¿Cómo fabricar sistemas electrónicos que funcionen por debajo de -40 °C?

Question

Me he dado cuenta de que la mayoría de los productos electrónicos funcionan hasta los 40°C. Ejemplo evidente con la página de microprocesadores de Microchip: https://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=1012 (compruebe las últimas columnas).

Lo que quiero

Me gustaría que esta electrónica funcionara hasta 80°C (o 110°F)

Lo que no puedo hacer

No puedo "calentar" la caja de mi circuito o incluso el propio circuito.

Algunos ejemplos

• globo meteorológico (56°C de 10km a 15km excluyendo los extremos)
• termómetro electrónico para el congelador de vacunas Pfizer (60°C a 80°C)
• Rover Perseverance (con una media de 65°C en Marte, excluyendo los extremos y excluyendo la SuperCam)
• cohetes
• aviones militares
• satélites
• etc.

Mi caso

Manejar un sistema electrónico bastante básico en un globo aéreo teledirigido a gran altura gracias al dihidrógeno o al helio. El circuito debería funcionar durante unas 7 horas.

Así que tengo 3 preguntas:

• ¿Por qué "generalmente" 40°C? ¿Por qué este valor en particular?

  ¿Por qué no 39°C, 41°C?

• ¿Podemos añadir una protección adicional para soportar sus bajas temperaturas (hasta 80°C o 110°F)?

  A veces veo en ciertos circuitos un espesor de silicona vertida sobre el circuito. Tengo entendido que existen otras alternativas como el uretano, el barniz y el acrílico. ¿Ayuda a soportar la temperatura? Supongamos que queremos hacer funcionar una placa en un congelador a 80°C.

• ¿Cómo funcionan los sistemas electrónicos espaciales?

  Por ejemplo, en el rover Perseverance, la SuperCam necesita ser calentada para mantener una temperatura superior a los 40°C. Sin embargo, el resto de las piezas no se calientan. Entonces, si funciona, ¿cómo?

Advertencia

Creo que tratar de encontrar un "parche" específico para mi caso no es una buena idea. La respuesta real podría ser muy útil y me permitiría modular mis necesidades y entender realmente cómo podría funcionar.

La pregunta es sobre TEMPERATURA . Por favor, EVITAR largo desarrollo en todo lo relacionado con:

• compatibilidad electromagnética (CEM)
• presión
• cambio rápido de temperatura
• Circuitos electrónicos desestabilizadores de rayos UV / infrarrojos / luz
• eficiencia

Sólo nos centramos en la temperatura. Puede entrar en la línea de visión:

• humedad o condensación
• formación de hielo

Answer 1

• ¿Por qué "generalmente" -40°C? ¿Por qué este valor en particular?

Probablemente, las normas generales. Así que lo probaron hasta -40 C, por lo que debe funcionar hasta esa temperatura. Pero no se romperá si se llega a -41 C. Probablemente se puede llegar bastante por debajo de eso, sólo hay que probar los sistemas para que puedan actuar de manera diferente (diferente ganancia o lo que no).

• Podemos añadir una protección adicional para soportar sus bajas temperaturas (hasta -80 °C o ≈ -110 °F)?

La condensación (el agua) es probablemente su principal problema incluso con los -40 C.

• ¿Cómo funcionan los sistemas electrónicos espaciales?

Los sistemas en el espacio están construidos de forma más rígida porque el despegue es un golpe masivo. Vibraciones, presión sonora, aceleración en todos los ejes, calor (despegue), radiación y vacío. Así que sólo hay que envolver esas cosas de forma agradable y acogedora y se tiene una electrónica que funciona en el espacio. Además, cuando se está en el espacio, hay que averiguar cómo afecta el vacío a largo plazo al casco, pero eso es una historia completamente diferente.

Resumiendo: lo más probable es que pueda utilizar la electrónica de -40 C en su congelador.

Answer 2

Los nanorecubrimientos de silicona son específicos para cada temperatura. Específicos de la temperatura a partir de la cual su cristal es estable en su estructura y conductividad. por lo tanto, para manejar rangos de temperatura más amplios se necesitarían revestimientos mejorados. cuanto menor sea la temperatura más compactados se vuelven los revestimientos y -40C(-73C) es generalmente la temperatura en la que los materiales tienen una deformación como si no se pudiera manipular más de los esquemas y se necesita un silicio completamente diferente, soldaduras, materiales de pcb y pasivos;