为什么电子产品有较低的温度限制？

除了冷凝之外，为什么电子元件通常具有较低的温度极限？例如，我的笔记本电脑在使用时说的温度范围是-10°C到75°C。

我可以理解高温极限，因为事情可能会融化！

但是为什么感冒这么不好呢？

除了电池外，哪些组件会受到极冷的损坏，又如何？

使用它会增加伤害吗？

使用设备是否可以抵消这种损坏（在使用中预热）？

另外，我说的是低于-50°C的极端温度，那么结露仍然是个问题吗？

注意：我没有存储它，因此它不是另一个问题的副本。

注2：我不是在谈论半导体，而是一般而言。

我曾经设计过一种在-10°C时振荡的放大器。我通过更改设计以增加更多的相位裕量来修复它。在这种情况下，振荡不会造成任何损坏，但是在这种情况下电路不能正常工作，并且会引起错误。这些误差在较高的温度下消失了。

一些塑料在冻结时会破裂。干冰的温度为-78.5°C，我用干冰弄碎了很多塑料。例如，我摧毁了一个非常好的冰柜，在其中充满了一大块干冰的地方破裂成了小块。

在表面贴装设计中，焊接到电路板上的零件与电路板之间的温度差异膨胀系数会引起较大的应力。应力-应变-温度关系通常在指定温度范围内几乎不起作用。设备通电后，高温部件会改变形状并破坏脆性塑料，就像我的旧冰柜一样。

如果设备温度低于0°C，然后将其带入温暖，潮湿的办公室，水会凝结在电路板上，并可能引起问题。根据天气的不同，霜冻可能会发生类似的情况。当霜融化时，可能会出现问题。

当我早上收到作为航空货物运送的设备时，我认为它最近很冷，我让它静坐几个小时以缓慢升温并保持干燥，然后再打开办公室的盒子。

打开非常冷的齿轮可能很有趣。某些电流限制组件，例如PTC或PPTC，将通过更多的电流。

电动机（如风扇和磁盘驱动器）中的润滑剂也可能是一个问题。

我可以给你一个答案，因为我曾经是撰写或验证半导体IC规格的人之一。

从法律和道德上讲，我只能在我们已验证IC /处理器正常工作的参数上签字。然后我的老板，她/他的老板以及其他所有人都将看到测试的证据，他们也将签署这些限制条件。

如果我不将其置于-100 C的测试套件中，则我无法从伦理或法律上批准一批处理器将在-100 C下工作。

如果您选择在-50 C的温度下使用装备了我签下的处理器的低阈值-15 C的设备，则我的公司将不再对此处理器承担任何义务。您已违反保修条款。

在-50 C进行测试比在-15 C进行测试要昂贵得多。我必须验证测试地点实际上是在-50 C--。这也是非常危险的。

除此之外，IC还需要特殊的/密封的封装才能在极低的温度下工作。举一个极端的例子，当我们将液氮倒在塑料包装上时，塑料包装可能会产生裂纹或结构受损。

管芯和包装之间的差异膨胀可能会将管芯从其连接位置撕裂或破裂。

有压力测试，包括模拟IC功能中的温度变化。假设您的笔记本电脑在-10°C的冰冻温度下坐在您的车中。您将其打开，并在5分钟内达到85°C的温度。在整个冬季，您每天晚上都要这样做。每年冬天在缅因州北部遇到这种波动的情况下，您将要驾驶的汽车的主机和计算机控制器在接下来的15年里如何运行？

当涉及极低温测试时，我的机械工程同事不得不处理太多的机械问题。因此，您希望我们验证多少温度，而您愿意为该低温测试付费的消费者又需要多少呢？

我们不能仅仅测试一到两个单元来验证是否存在机械问题，例如芯片与封装之间的不兼容性，这与人们热衷于通过主板测试他们从ebay购买的仅仅一两个处理器进行超频的人不同。我们必须设计出可接受的统计分布以及属于该分布的抽样计划，这将适用于流经产品线的一系列IC。

有时，约束的合法性可能会涉及很多，美国政府机构要求OEM在我们测试这些IC /处理器时需要OEM的代表在场，这可能需要几天的时间。该代表将表示我们确实在这样的限制下进行了此类测试。这样一来，100美元的处理器将花费美国政府2000美元。

这样，如果美国政府机构以某种方式决定在经过测试和验证的限制范围内操作设备，我们将不再对任何事故或将来的故障承担法律责任。

除了电池和LCD组件外，即使极端低温也不会直接损坏它们。如果温度变化到极限，特别是迅速变化到极限，则由于温度或温度梯度的不匹配收缩会造成物理损坏。

但是，可能无法在低温下运行-组件会随着温度变化而达到无法可靠运行，无法启动或完全退出的地步。双极晶体管的增益随温度下降。由于载流子冻结，大多数双极部件的电流远低于约50K，它们完全停止工作。电解电容帽不喜欢温度远低于冰点，它们的变化（较高的ESR和较低的电容）会导致其他部件损坏。数字CMOS部件可能或多或少都可以正常工作，但是芯片的模拟部分可能会超出规格或无法正常工作（例如时钟振荡器，微型计算机中的BOR或ADC）。

当您接近绝对零时，还会发生更多奇怪的事情-例如，在4.2K（液氦）下，1N4148可以使弛豫振荡器产生。变得更冷，普通的焊料会失去所有电阻，这听起来真的很棒，直到您被困住磁通为止。

基本问题是半导体中“自由”载流子的密度是温度的强函数。当温度下降到足够低的水平时，就没有足够的可用载流子来使晶体管等起作用，并且体半导体的有效串联电阻也随之增加。电路的总增益下降到设计工程师所允许的水平以下，并且不再符合其性能规格。

与实际IC相关的温度极限与热膨胀/回缩更多地相关，而不是像熔化之类的问题。

IC由不同的材料组成。芯片，基板，键合线，键合方法，支脚和主体。随着温度的变化，这些不同的材料会膨胀/收缩，并且会与其他材料以相同的速率裂开。

这样，您便具有了掺杂的质量，这在晶片的边缘还存在更多的问题。这意味着针对数据手册的实际特性（上升时间，传播延迟等）不符合规定的最小值/最大值，因为电子的迁移率不同（制造商通常制造IC并在军用温度下进行测试。如果失败） ，请在工业温度下进行测试。如果仍然失败，请在商业温度下进行测试...如果失败，则将其报废并将其添加到产量中）。

然后，您便拥有了具体的损坏...硅没有半导体的下限。确实在175°C时有上限，会损坏它。

LCD会形成晶体并在极端温度下击穿，电容器中的电介质同样会击穿。

在如此低的温度下，其他问题还包括例如LCD冻结并反应缓慢。

对于现代IC技术而言，更重要的一点是在较低温度下会使其变慢的效果（请参阅应对多Vt和多电压域时序/温度转换难题）。

我也发现这篇有趣的文章，其中还有关于低温问题的其他一些要点：设计用于寒冷环境的电子设备。

几个原因：

• 在许多情况下-您可以使用低于最低温度的组件，只是不要期望参数与数据表中指定的参数相同
• 电容器会缩小-电极之间的距离会改变
• 电容器中的电解液可能冻结并且容量会改变

• 许多电子设备是由不同的材料制成的，当您在较大范围内更改温度时，它们可能会像双金属片一样断裂。在许多情况下，制造商会通过使用具有类似热膨胀系数的材料来避免这种情况的发生，但是有时这是不可能的，或者只是不需要

  

  我猜这就是为什么大功率设备会在高温下进行装箱的原因。例如-一些CREE二极管在85°C（185°F）下装仓。

有时与最低温度无关，有时与温度范围有关。

如果您的设备应该在极低的温度下工作，则应阅读有关锡同素异形转变的信息。

特别地，硅依赖于其掺杂剂的热激发来充当半导体，从而使其半导体特性的性质高度依赖于温度。这样可以为您提供一个基本的低工作极限，并且可以设计出可以工作的温度范围很窄。如果您需要在较大温度范围内工作的电子设备，则不要使用硅。砷化镓电子器件的工作电压可低至Millikelvin，甚至更低，但价格昂贵得多。

电阻器是由具有不同热特性的材料的混合物设计的，因此在指定范围内，热效应会相互抵消，并给出相对于温度近似恒定的电阻值。

在规定的温度范围之外，电阻器的电阻会并且会与规定的值产生较大的偏差。

有趣的是，精密电阻器有时会在剩余的温度依赖性和尺寸应变相关性之间取得平衡：随着基材随温度的变化而收缩或增长，电阻元件上的应变会改变其电阻，从而补偿了电阻的某些剩余温度依赖性。材料。

另一个因素是低温下的数字时序。数字电路通常在较低温度下运行速度更快，但是电路时序可能会失败（例如，由于违反保持时间，内部寄存器可能会失败），因此电路将无法正常工作。在笔记本电脑中，HDD可能由于机械问题而无法工作（例如，磁头在磁盘轨道上未正确对齐）。

通常，较冷会使半导体结更快，而较冷则更好。实际上，-50C非常适中，大问题的发生率要低得多。

但是很多事情都会出错。白天的温度循环会导致热应力。可能出现冷凝水并引起实际问题，尤其是当寒冷的表面碰到温暖的潮湿空气时。

因此，您的问题确实不完整。如果将其存放在温度为-50°C的恒温箱中，您的笔记本电脑可能会无限期地快乐。但是，如果将其移入和移出-50C，则存在很大的麻烦空间。绝对温度是一个因素，湿度范围，温度范围以及低温下的物理震动幅度也是一个因素。