La temperatura más baja para un microcontrolador

  

¿Cuál sería un buen escenario de prueba para configurar para evaluar a esa temperatura que la MCU aún sobrevive?

Ya que ha dicho en el comentario que la aplicación es "crítica para la seguridad", la respuesta es simple: no hay una buena configuración, siempre que los resultados se utilicen para seleccionar las partes. Está utilizando las partes fuera de su clasificación, y eso es un gran no-no.

Si está decidido a hacerlo de todos modos, la respuesta es ejecutar la pieza a una temperatura significativamente inferior a -55 durante períodos prolongados, preferiblemente durante la vida útil proyectada del producto final. Además, los ciclos de temperatura en los extremos esperados para el uso del producto final también son críticos. Una cosa es poner la caja en la congelación profunda por un largo tiempo, pero otra es congelarla y calentarla repetidamente, esta última es mucho más estresante. Y "significativamente" varía con el tamaño de la muestra de prueba. Si prueba una gran cantidad de piezas, puede salirse con menos margen de temperatura. Si va a probar solo algunos, necesita incluir un margen para la variación de la unidad en las partes finales.

Tenga en cuenta que esto significa correr la pieza a temperatura, no solo congelarla y luego probarla. Debe comprobar el rendimiento a medida que avanza. Esta es una prueba de rendimiento, no una prueba de condiciones de almacenamiento.

"Pero", te quejas, "¡eso va a llevar mucho tiempo y mucho dinero!"

Sí. Es por eso que las partes de mil-spec cuestan tanto. E incluso en ese caso, esos se califican normalmente al correr a temperatura durante unos cientos de horas aproximadamente. Sin embargo, el fabricante puede salirse con esa prueba de producción a corto plazo porque el ciclo de desarrollo hizo las pruebas exhaustivas a largo plazo y el proceso y los materiales tienen un historial de confianza suficiente. No tienes ese lujo.

Como mencionó que la parte es de TI, tienen un grupo de pruebas de entornos extremos que trabaja para calificar las partes existentes más allá de su especificación inicial. Por ejemplo, ampliando el rango de temperatura de -40 a 80 ° C a -55 a 125 ° C.

Vaya a hablar con ellos, las partes no serán baratas, pero sí tienen los medios para garantizarle que el controlador funcionará en esos entornos. O no, pero te lo dirán.

Por supuesto, debe presentar un caso de negocios para ellos; si desea comprar 10 controladores al año, probablemente no estén interesados. Pero si usted y otras personas solicitan una cantidad suficiente de las partes, podrían hacerlo.

Si recuerdo correctamente, esas piezas se probarán al 100% en la producción, pero no me cites al respecto.

Vendemos sensores a clientes que requieren -50 ° C y todos los sensores se prueban en una cámara climática a esa temperatura, pero aún así no permitimos aplicaciones críticas para la seguridad. Puede comprar el mismo sensor con la certificación SIL e intentar usarlo, por debajo de -40 ° C entrará en estado seguro. Es lo único que puede hacer como desarrollador responsable si utiliza piezas que no están calificadas para el uso a -55 ° C.

La prueba de la temperatura mínima de funcionamiento es parte de la prueba de caracterización . La persona que realiza la prueba (generalmente el fabricante) debe tener la capacidad y el conocimiento para ejecutar una prueba exhaustiva en el dispositivo, verificando que todas las funciones del dispositivo funcionan correctamente. Por lo general, no existe un conocimiento avanzado de qué función es más probable que falle, por lo que la prueba exhaustiva es realmente necesaria. A menos que tenga un conocimiento íntimo del diseño interno del dispositivo, es poco probable que pueda crear la prueba necesaria.

Realizar pruebas a baja temperatura suele ser más desafiante que hacerlo a alta temperatura debido a la acumulación de escarcha alrededor de los caminos conductores. Cuando estuve involucrado en esto, utilizamos nitrógeno gaseoso seco que se hervía a partir de nitrógeno líquido para enfriar el DUT. Debe mantener el flujo de gas para evitar la acumulación de escarcha y evitar que entre aire en el conjunto de prueba. Recuerde que todo el conjunto de prueba debe operar a frecuencias de reloj que sean al menos tan rápidas como la aplicación final, lo que también es difícil porque generalmente tiene conexiones relativamente largas al DUT.

Como se mencionó en los comentarios, la mayoría de los fabricantes utilizan el muestreo estadístico para verificar que un tipo de pieza dado pase la prueba. Para aplicaciones críticas para la seguridad, puede probar todas y cada una de las partes.

Ya que ha mencionado "seguridad crítica" en los comentarios.

Debe proporcionar interbloqueos de seguridad que eviten que la MCU haga cualquier cosa que cause lesiones o daños materiales indebidos, sin importar el daño que sufra, incluido algún tipo de funcionamiento parcial en condiciones extremas de temperatura, apagón y salpicaduras de agua en el PCB ( si eso es posible) etc. Solo en circunstancias muy raras puede depender de la propia MCU.

Al igual que en una instancia central, se sabía que una MCU en particular no funcionaba correctamente en ciertas condiciones, por lo que las instrucciones de bifurcación fallarían primero (debido al tiempo o lo que sea), por lo que se ejecutaría todo el conjunto de códigos, incluido lo que sea que los pines GPIO estaban programados para hacer.

Si es posible, intente colocar un resistor tht de valor bajo (no menos de 100R si está a 5 V, no querrá calentar su cámara) sobre el microcontrolador y pegarlo con silicona (del tipo conductor) en la parte superior ( o un scend uno debajo de él. Debido al calentamiento resistivo debe mantener su chip caliente.

La hoja de datos para esa parte enumera -40C como la temperatura mínima para "Recomendado Condiciones de funcionamiento "(sección 5.4) y " Clasificación máxima absoluta "(sección 5.1).

  

(1) Las tensiones más allá de las enumeradas en Absolute Maximum Ratings pueden causar daños permanentes al dispositivo. Estas son solo clasificaciones de tensión, y el funcionamiento funcional del dispositivo en estas u otras condiciones más allá de las indicadas en las Condiciones de operación recomendadas no está implícito. La exposición a condiciones de calificación máxima absoluta durante períodos prolongados puede afectar la confiabilidad del dispositivo.

No hay nada que tu programa de prueba pueda hacer al respecto. Si algo sale mal con su producto "crítico para la seguridad", los abogados estarán en todo ese párrafo.

Entonces, ¿qué puedes hacer en su lugar? Cree un sistema que garantice que la temperatura nunca descienda por debajo de -40 ° C, ya sea operativa o de almacenamiento, para el producto enviado e instalado. Agregue un sensor de temperatura en el chip y use circuitos internos o externos para asegurarse de que nunca esté por debajo de -40 (con cierto margen de imprecisión, etc.)