Elektronik in Hochtemperaturumgebungen

Ich bin relativ (ok, sehr ) neu in der Elektronik. Ich versuche herauszufinden, wo ich Teile kaufen kann (oder auch nur mehr Informationen darüber, nach welchen Materialien ich suchen sollte), um eine Leiterplatte mit einem Mikrocontroller und einem HF-Sender zu bauen, die einer heißen, trockenen Umgebung standhalten kann . Das obere Ende des Temperaturbereichs wäre 200 ° C (~ 392 F) und müsste in der Lage sein, unter konstanter Einwirkung dieser Temperatur für 8-12 Stunden betrieben zu werden. Letztendlich müsste es ziemlich klein sein (wir hoffen, es kleiner als die Größe von ein paar zusammengestapelten 9-V-Batterien zu halten).

Da ich kein traditionell ausgebildeter EE- oder Materialwissenschaftler bin, bin ich hier sehr fehl am Platz - Verweise auf andere Informationsquellen, Websites usw., damit ich mir zumindest eine Vorstellung von der Richtung machen kann, wären enorm hilfreich.

Ich wäre auch an weiteren Informationen zu Wärmeschutzmethoden interessiert - gäbe es eine Möglichkeit, ein Gehäuse zu bauen, um die interne Elektronik vor derselben Umgebung zu schützen? Ich würde denken, dass, egal welche Art von "Gehäuse" ich bauen könnte, ohne ein aktives Kühlsystem (das angesichts des Zielformfaktors so gut wie verboten ist), die Elektronik selbst in der Lage sein müsste, die Temperatur zu tolerieren - aber ich würde mich bestimmt freuen, wenn hier jemand meine naiven Annahmen korrigieren könnte.

Danke für jeden Rat/Hilfe.

200C ist mindestens Ausrüstung in Weltraumqualität.
Ein durchschnittlicher Halbleiter schmilzt bei etwa 150 ° C und viele Komponenten sind für bis zu 80 ° C ausgelegt. Sie müssen also einen Weg finden, die Dinge kühl zu halten, weit unter 80 ° C.
Können Sie mehr Details darüber geben, was Sie zu tun versuchen? Die meisten, wenn nicht alle Halbleiter werden 200 ° C nicht überleben. Vielleicht kann der größte Teil des Kreislaufs kühler gehalten werden und nur ein kleiner Sensor muss dieser Temperatur ausgesetzt werden? Wenn nicht, benötigen Sie eine Form der aktiven Kühlung.
Vielleicht finden Sie diese Seite von Nutzen: extremetemperatureelectronics.com
Wie andere sagen, sind die meisten normalen Teile auf 80 ° C ausgelegt, Automotive / Military Grade bringt Sie auf 125 ° C, danach sind Sie in der Spezifikation "wenn Sie fragen müssen". Es ist jedoch sehr unwahrscheinlich, dass Sie auf etwas gestoßen sind, das noch nie zuvor gemacht wurde, also würde ich mir andere Geräte ansehen, die unter ähnlichen Bedingungen arbeiten, und sehen, was sie tun.
Was versuchst du zu machen?
Wie hoch ist Ihr Leistungsbudget? Hast du ein oder zwei Ampere bei 12V übrig? Oder gibt es in der Nähe eine Quelle für niedrigere Temperaturen - zB in einem Ofen?
Ich habe es geschafft, 120 °C aus einem kleinen Modul herauszuholen, das einen PIC und einen FM-Sender mit geringer Leistung enthält – die Übertragung begann jedoch zu bröckeln (über 110 °C).
@jippie Sie haben vielleicht Übertreibungen verwendet, aber ich wollte nur klarstellen, dass Halbleiter bei 150 ° C mit Sicherheit nicht schmelzen . Elektronische Systeme, die in tiefen Bohrlöchern eingesetzt werden, arbeiten bei Temperaturen bis zu 200 °C. Wenn Sie meinten, dass durchschnittliche Elektronik bei 150 ° C nicht zuverlässig funktioniert, stimme ich zu.
Um die Dinge ins rechte Licht zu rücken, Ihr Standard-63/37- Lötmittel schmilzt bei 183 ° C.
Danke allen für die Informationen. Ich kann nicht wirklich darüber sprechen, was wir zu erreichen versuchen, aber Sie haben mir alle wirklich genau erklärt, wie weit ich "aus meinem Element" komme. Es ist an der Zeit, mit spezialisierten Designfirmen zu sprechen, wenn wir diesen Weg viel weiter gehen wollen - wie pjc50 vorschlägt. Danke für alle Kommentare und Informationen.
Sie erwähnen Batterien zum Größenvergleich; aber Sie werden in dieser Umgebung keine 2 9-V-Batterien haben, oder?
Trennen Sie den Sensor von der MCU

Antworten (3)

Dies ist weit in das Gebiet von "beauftragen Sie eine spezialisierte Designfirma". Es wird teuer, also können Sie es genauso gut richtig machen und Leute einstellen, die wissen, wo alle Fallstricke sind und wo Sie alle Teile bekommen.

TI hat einige Hochtemperatur-Mikrocontroller und einen Designleitfaden, der von dieser Seite verlinkt ist. Der SM320F28335GBS ist bis zu 210 Grad gut (was ihn etwas knapp macht). Während Sie bei Digikey in Einzelmengen kaufen können , kosten sie 300 US-Dollar.

Der andere Ansatz, den Sie wählen könnten, wenn die Betriebszeit in dieser Umgebung auf einige Stunden begrenzt ist und die Box ohne ein- oder ausgehende Drähte abgedichtet werden kann, besteht darin, sie sehr stark zu isolieren. Fügen Sie etwas thermische Masse hinzu, vorzugsweise mit einem Phasenwechsel. Überschreiten Sie nicht die angegebene Garzeit.

Am Ende haben Sie so etwas wie einen Meter Würfel Glasfaser oder Schaumisolierung, die einen versiegelten Schuhkarton mit Methanol enthält, in dem die Elektronik schwimmt, die unter 70 ° C bleibt, bis sie trocken kocht, hoffentlich lange genug für Ihren Heizzyklus . An diesem Punkt müssen Sie es wieder ebenso langsam abkühlen. Ich denke, das ist die einzig praktikable Strategie für Normaltemperaturelektronik, die keine aktive Kühlung beinhaltet.

Bearbeiten: Normale Batterien mögen auch keine hohen Temperaturen, obwohl in einigen Raketen spezielle Hochtemperatur-Schmelzsalzbatterien verwendet werden.

Danke für die Info und Erklärung....und ist leider genau das was ich befürchtet habe.

Die meisten handelsüblichen ICs und Komponenten haben Wärmewerte, insbesondere Widerstände und Kondensatoren. Möglicherweise müssen Sie jedoch in die Datenblätter schauen, um sie zu finden. Bei einem Gehäuse fungiert alles, was schwer und metallisch ist, als Kühlkörper, um überschüssige Wärme abzuleiten, aber wenn die Schaltung in einer heißen Umgebung verwendet werden soll, hilft dies nicht viel.

Nichts davon hilft jedoch wirklich bei bis zu 200˚. Damit haben Sie 2 Möglichkeiten - benutzerdefinierte Teile ( sehr teuer und langsam) oder das gesamte Setup vor der Hitze schützen (sperrig). Beim Schutz geht es darum, außen eine Abschirmung (Folie oder Hightech-Materialien) und innen so viel Isolierung wie möglich hinzuzufügen. Dies funktioniert nur, wenn der Kreislauf nur eine begrenzte Zeit mit Wärme belastet werden soll. Außerdem hält dieses Setup die Wärme sowohl drinnen als auch draußen, also konzipieren Sie Ihre Schaltung so, dass sie so kühl wie möglich läuft.

Vielen Dank für die Kommentare und Informationen, auf jeden Fall geschätzt.

Hier ist ein Dokument von Honeywell über die IC-Entwicklung für -55 bis 250, aber es skizziert einige der Herausforderungen, denen Sie definitiv beim Design für diesen Betriebsbereich gegenüberstehen werden. Die Silizium-auf-Isolator-Technologie bietet einen Betriebsbereich von -55 bis 250 °C. Mir ist jedoch nicht bekannt, wie breit die Verfügbarkeit von Geräten ist, die mit dieser Technologie gebaut wurden. Auch bei Ihrem Maximum von 200 ° C beginnt wahrscheinlich nur normales Bleilot oder bleifreies Lot zu schmelzen, insbesondere nach 8-12 Betriebsstunden, sodass Sie sich auf jeden Fall nach verschiedenen Lötmethoden umsehen werden

Ich war schon früher auf dieses Papier gestoßen, aber als Neuling auf diesem Gebiet war ich mir nicht sicher, ob ich alles verstanden hatte, was ich las. Vielen Dank für die Veröffentlichung - auf jeden Fall geschätzt.
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