Est-il possible d'avoir un MCU fonctionnant à -55 degrés, avec des spécifications de -40 à 85 degrés de travail?

J'ai entendu dire que quelqu'un avait mentionné la méthode de dépistage: avoir 10 microcontrôleurs fonctionnant à -55 degrés, et trouver ceux qui pouvaient fonctionner correctement, en jetant ceux qui étaient cassés.

La méthode est-elle applicable? Je crains que le MCU fonctionne correctement à -55 degrés lors de mon test de dépistage et échoue dans l'environnement de travail réel.

Sinon, quelles pourraient être les solutions possibles? Nous utilisons stm32f4, en raison de ses très bonnes performances DSP. Les MCU fonctionnant à -55 degrés, nous avons constaté, n'ont pas de DSP et ne peuvent fonctionner qu'à des fréquences basses autour de 20 MHz.

La façon grossière de vous assurer que vous n'êtes pas sur le point de fonctionner serait de le tester en dehors de la plage. Par exemple, vous pouvez tester les pièces à -65 ° C à une tension à une vitesse d'horloge plus élevée et à une tension plus élevée / plus basse que la normale.

Le fabricant ne teste probablement pas lui-même à des températures extrêmes, mais il sait quelle marge est requise dans les conditions de test et il teste cela. Ils savent également comment s'assurer de tout tester . Vous n'en savez rien. Par exemple, quelque chose comme un oscillateur peut fonctionner correctement jusqu'à -40 ° C, et une fois commencé à fonctionner à des températures très basses, mais certains peuvent ne pas démarrer à -45 ° C. Une instruction particulière peut commencer à échouer en premier en raison de certaines conditions de synchronisation.

Si le fabricant peut fournir des unités qualifiées à cette température, ce serait mieux. Ou faites pression pour une exigence détendue. Ou installez des radiateurs pour garantir une température minimale après une période de réchauffement acceptable (peut-être empêcher le fonctionnement jusqu'à ce que des températures acceptables soient atteintes).

Il y a de fortes chances que si les pièces doivent respecter une plage de températures militaire inférieure, vous devez vraiment vous assurer que cela fonctionne de manière fiable.

Comme vous l'avez dit, il est impossible de dire si vous avez dégradé l'unité lors des tests en dehors de sa plage de température. Vous avez deux options:

1. Contactez le fabricant pour lui demander à quelles températures extrêmes les pièces devraient pouvoir résister. Parce que vous avez peut-être remarqué que les plages de températures sont très similaires. Les fabricants peuvent choisir une plage de température qui a été communément spécifiée, ce qui est faisable et pourtant attrayant pour les clients potentiels, puis tester cette plage de température même s'ils pensent que les pièces pourraient être plus robustes. Les tests coûtent cher. S'ils répondent miraculeusement, je vous garantis qu'ils ne répondront jamais avec certitude et ils diront que c'est votre propre responsabilité si vos pièces meurent. Cependant, vous pourriez être plus rassuré quant au test de votre appareil et à son utilisation dans cette plage de température étendue, en fonction de votre objectif de fiabilité.
2. Utilisez des radiateurs, des capteurs de température et un système de contrôle (qui peut être le même microcontrôleur + un pilote) pour contrôler la température dans les limites définies. Vous avez la chance de vouloir fonctionner à basse température, ce qui est plus facile et moins cher pour la même différence de température ambiante. Honnêtement, cela ne pose pas beaucoup de problèmes pour un système beaucoup plus fiable. Faites simplement des calculs approximatifs pour la puissance requise par le radiateur, puis soudez une résistance de puissance et une thermistance près de votre puce, ajoutez un pilote pour le radiateur (qui pourrait être un simple transistor) et contrôlez ceux-ci à partir d'un contrôleur proportionnel intégré fonctionnant à basse fréquence en arrière-plan. C'est 1 équation à résoudre, ~ 5-6 composants et ~ 10 lignes de code. Vous n'avez même pas besoin d'utiliser le contrôle PI, les comparateurs avec hystérésis pourraient faire le travail.

Ce à quoi vous faites référence est parfois appelé «réhaussement». C'est le contraire du «déclassement», que vous feriez à certains ou à tous vos composants en fonction de votre application et de vos besoins de fiabilité.

Voici un vieil article sur le sujet du soulèvement. Leur recommandation à la fin est bonne - contactez le fabricant pour comprendre ce qui pourrait être affecté par un fonctionnement à basse température. Ils ne garantiront jamais un fonctionnement en dehors de leurs limites (sauf si vous êtes un client important / stratégique pour eux), mais ils peuvent être en mesure de vous fournir des conseils sur ce qui les inquiéterait le plus, ce qui pourrait vous aider à formuler un bon test de vie / écran.

La vraie réponse dépend de tonnes de facteurs. Va-t-il voir des cycles thermiques (passer du chaud au froid) ou simplement fonctionner à -55 ° C? Le cyclage thermique induit des défaillances mécaniques dans les fils de liaison et les boîtiers de circuits intégrés. S'agit-il d'une application «ponctuelle» ou «critique», c'est-à-dire quelles sont les conséquences d'un échec? S'il s'agit d'un modèle unique (unité unique en cours de construction pour une utilisation à court terme), vous pourriez être d'accord avec le test de quelques unités. S'il s'agit d'une situation critique pour la mission, ou si la pièce sera exploitée en permanence à basse température, vous voudrez probablement consacrer plus d'efforts à la qualification.

Le dépistage comme celui-ci a été fait pour les applications militaires pendant des années. La chose importante à comprendre est où se trouve la véritable "falaise" dans la performance des pièces. Nous pouvons tous convenir que les pièces ne fonctionneront probablement pas à -200 ° C. Et nous pouvons probablement tous convenir que les pièces fonctionneront probablement très bien à -41 ° C (juste en dehors de la plage de fonctionnement du STM32F). Le fabricant a mis une bande de garde sur la plage de fonctionnement de leurs composants.

Les questions pertinentes sont - pouvez-vous déterminer où se trouve la bande de garde (et inclut-elle la plage de températures inférieure souhaitée), et changera-t-elle jamais sur plusieurs lots.

Pour comprendre cela, il faudra tester de nombreuses pièces pour obtenir de bonnes statistiques sur la fiabilité des pièces à basse température et sur la répartition de leur défaillance, afin que vous puissiez prédire si le mode de défaillance est susceptible d'apparaître dans votre implémentation. Et puis, une fois votre produit en production, vous devrez surveiller les performances des pièces avec une sorte d' échantillonnage d'acceptation .

Une approche alternative à tout cela consiste à installer un radiateur et à utiliser le capteur de température de filière du STM32F comme rétroaction dans la boucle de commande du radiateur. N'aide pas pour un démarrage à froid mais s'il s'agit d'une unité fonctionnant en continu, cela pourrait être correct.

Je suppose que le MCU est CMOS bien que vous ne le disiez pas. Tous les MCU souffrent de problèmes d'auto-échauffement qui limitent la température de fonctionnement maximale. Par exemple, un iPhone avec le chargeur branché peut se sentir à environ 50 ° C au toucher, mais être à 125 ° C ou plus en interne lorsqu'il fonctionne. Ainsi, la limite de test pour votre MCU, normalement contrôlée pendant la qualification avec un thermostream, garantira que la limite de conception est OK. Une fois que vous allez au-dessous de cette limite, les retards de transistor seront réduits, ce qui introduit des risques de course. De plus, la concentration intrinsèque des porteurs diminuera, ce qui aura un effet sur la mobilité. Si votre MCU possède des convertisseurs A / N ou D / A, leurs caractéristiques, par exemple l'erreur maximale, peuvent augmenter ou ne pas fonctionner du tout.

La réduction de la fréquence n'aidera pas du tout (cela peut aider avec une température élevée). Le principal inconvénient de l'utilisation de l'appareil en dehors de sa plage est que même si la probabilité d'erreur est faible, elle restera importante avec l'exécution de millions d'instructions par seconde. Si vous n'êtes pas trop particulier sur la consommation d'énergie, vous pouvez désactiver les routines d'économie d'énergie dans votre code (telles que l'arrêt, la veille, etc.) et cela se traduira par un petit effet d'auto-échauffement, qui pourrait être amélioré en utilisant une isolation épaisse . Cependant, si votre appareil doit fonctionner à des températures très basses et élevées, ce serait un problème.

La pré-qualification de votre appareil ne sera pas d'une grande aide à moins d'avoir accès à des lots lents et rapides de votre fabricant; ce seront des extrêmes de dopage et d'autres paramètres tels que l'épaisseur du métal pour évaluer la fiabilité.

Si vous avez un gros budget, vous pouvez acheter votre propre processeur ARM ou l'un de ses concurrents et le durcir vous-même selon vos propres spécifications de température. C'est ce que l'on appelle une approche COT (Customer Own-Tooling). Si nécessaire, vous pouvez également octroyer une licence pour le contrôleur de mémoire IP et les périphériques. Une alternative serait d'approcher un fabricant spécialisé dans la personnalisation et de leur demander de préqualifier votre produit requis sur une plage de température étendue.

Un fabricant qui effectue la personnalisation aura accès à toutes les bases de données de conception assistée par ordinateur (CAO) nécessaires pour vérifier une puce. Il suffit alors de revalider le design à une température plus basse. Cependant, ils peuvent dépendre d'un deuxième fournisseur pour caractériser le silicium à une température en dehors de la plage habituelle. Cela nécessite une vaste gamme de simulations SPICE et d'expériences de caractérisation de bibliothèque associées, qui peuvent être en dehors de la portée de ce qu'ils sont prêts à faire pour tous, sauf pour le plus gros client. Dans le cadre de ce processus, le flux thermique mentionné précédemment peut être utilisé pour vérifier que les lots fractionnés passent toujours leurs vecteurs de test à la basse température que vous spécifiez. Cela peut également entraîner une perte de rendement, comme mentionné dans d'autres réponses.