Здравствуйте.

Предлагаю обсудить следующую проблему:
Необходимо обеспечить работу устройства на нижней температурной границе индустриального диапазона. Т.е. при температурах окружающей среды -40^oC ну или тогда уж -50^oC (с запасом).

Буквально недавно обсуждалась проблема холодных индустриальных ПЛИС Xilinx Kintex-7, которые глючат при -40^oC:
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=132582

Собственно требуется подстраховаться от подобных случаев. Я так же не уверен, что другие компоненты на плате на этой температурной границе себя поведут адекватно.

Официально Xilinx предложил бороться с этой проблемой так: http://www.xilinx.com/support/documentatio...-temp-range.pdf
В документе выше предлагается сделать дополнительную систему подогрева. Резистивный нагреватель лепится на радиатор ПЛИС и под неё (под плату).

Мне как-то не очень нравится этот способ, поэтому пришла мысль сделать такой же резистивный нагреватель, но на внутреннем слое платы. Логика управления нагревателем по идее будет почти такая же. Терморезистор, ОУ с гистерезисом, mosfet-ключ.

неоднократно делали змейку в одном из внутренних слоёв, всё работало. За схемотехничекое решение не скажу точно, но примерно как вы и описали.

Если плата маленькая - чуть больше ПЛИС - может и сработать.
Иначе, чтобы не раздувать мощность, придётся делать термобарьеры в меди и текстолите, а это может усложнить разводку цепей от ПЛИС.

Ну и над ПЛИС наверно надо уменьшить остывание прокладками или замкнутым объёмом.

Кстати желательно, чтоб в +25 устройство тоже работало - а то отлаживать придётся в холодильнике.

Я бы сделал так, по диагонали от ПЛИС на расстоянии 2..3 см сделал вырезы квадратные в маске, и прилепил нагреватели прямо на медь GND, а переходными прошил так, чтобы максимум тепла пошло во внутренние слои. Теплопередача по GND слоям отличнейшая. И третий нагреватель на радиатор ПЛИС.
Три термодатчика, как температура сравнялась на поверхности рядом с ПЛИС и на радиаторе, подаем питание...

Как вариант, Panasonic сейчас делает термопленки, и вспененный термоинтерфейс. Проложить такую пленку под радиатор и вытащить ее лентой на обогреватель номер 1.
Когда нужно подогреть, обогреватель дает тепло на пленку, а она работает как теппловая трубка. В отключенном состоянии термопленка работает
как обычный термоинтерфейс пропуская тепло через поперечное сечение к радиатору.
А снизу проложить вспененный термоинтерфейс, а под него тоже пленку и нагреватель. Вспененный термоинтерфейс как поролон, огибает поверхность
и обладает хорошей теплопередачей. Термопленка отделяет вспененный термоинтерфейс и обогреватель номер 2.
Аккуратное и современное решение. Занедорого. А рукодельный вариант смотреть выше.

Можно ссылку?

Тестировать сам механизм разогрева в любом случае будем в термокамере.
Будем считать температуру ОС -50^oC, т.е. в полном объёме всё охлаждено до этой температуры. Раз уж все компоненты индустриальные, то нужно добиться хотя бы -30^oC для гарантированного пуска и работы. В процессе работы теоретически та же ПЛИС будет выделять мощность, достаточную для самообогрева и прогрева самой платы и компонентов на ней. Тут самое главное запуститься.




Согласен, что обогрев земли лучший вариант. Однако есть проблемы со свободным местом. Места под нагреватели наклеенные на верхний слой особо нет.
Также вы предлагаете несколько термоплёнок, от чего я хотел уходить, как от лишнего усложнения. Вариант с отдельным слоем нагревателя не занимает лишнего места и не создаёт лишних проводов/шлейфов, а элементы управления нагревателем можно разместить в любом удобном на плате месте.


Не очень представляю что это такое, опишите, пожалуйста, подробнее или поделитесь ссылкой. (встречал термокомпаунды для эффективного рассеивания тепла)

"Вспененный термоинтерфейс" это то что у них идет как SSM
https://industrial.panasonic.com/sa/product...aphite-sheetssm
https://industrial.panasonic.com/cdbs/www-d.../AYA0000CE2.pdf

Термопленки PGS от Panasonic
http://industrial.panasonic.com/ww/product...e-sheet-pgs/pgs
https://industrial.panasonic.com/cdbs/www-d.../AYA0000CE2.pdf

Прикладываю презентацию Panasonic
Вспененный термоинтерфейс на стр. 29, а термопленки PGS стр.5.

Был у нас много-много лет назад такой НИР - обеспечение работы электронных блоков при температурах до -80 С и ниже.
Перепробовали много разных технологий, но на тот момент ( 70-е ) сошлись на решении: алюминиево-берилиевая подложка с фрезеревкой каналов (1 мм) в которые укладывался проволочный линейный нагревающий элемент и запекался. Сверху и снизу наклеивались платы из тонкого стеклотекстолита с односторонней разводкой и монтажем. Каждый такой блок имел САР температурой основания.
Задача была решена, но в ОКР не пошло.

Делал проект с диапазоном от -55, там на эту температуру был взят только dc/dc в SOIC, пассив, и дискретный датчик температуры allegro в sot-23 на -35 с гистерезисом 5 градусов по-моему.
Нагреватель заказывали графит на самоклеящейся основе с выводами. Я хотел змейку на плате но руководство забраковало идею.
Работало так - при включении на -35 и ниже сначала происходил прогрев до -30 а затем схема подавала питание на устройство. На работающем девайсе при снижении до -35 просто включался подогрев.

А почему забраковали змейку на плате?

Начальство "старой школы", а приборы ответственные были, взрывозащищенные и для серьезных заказчиков. Не хотелось в вопросе надежности зависеть от китайских производителей печатных плат. Ресурсов для проведения входного электроконтроля у нас не было.
А вот еще вспомнил - слоев было всего два, и в итоге нагреватель выходил даже чуть дешевле чем переход на 4 слоя ради змейки. Там у меня еще из-за габаритов платы получалось уложить змейку нужного сопротивления только из проводников шириной менее 0.2, соответственно это сразу 5-й класс точности, который для той платы был не нужен.

Не забудьте, что скорость нагрева должна быть не большой (сейчас лень смотреть в ГОСТ методика термоциклирования), причем для ПЛИС надо взять еще меньше, они бессвинцовые шарики поотваливаются. поэтому мы грели именно воздух внутри блока.