Was genau wird durch Hitze „abgenutzt“ und beschädigt?

Es ist allgemein bekannt, dass Wärme schlecht für die Elektronik ist. Diese konstant hohe Temperatur verringert die erwartete Lebensdauer von Computerteilen, auch wenn diese an sich nicht überhitzt sind.

Wenn zum Beispiel eine Komponente in einem PC staubisoliert ist, wird sie vom üblichen Luftstrom "abgeschnitten". Was ist es, das bei höheren Temperaturen einen höheren "Verschleiß" erfährt? Ich habe Flüssigkeitskondensatoren gesehen, die als Teile erwähnt wurden, die schneller ausfallen, je höher ihre Betriebstemperatur ist, aufgrund des Druckaufbaus und der daraus resultierenden Undichtigkeit. Ist das korrekt? Aber es gibt doch noch viele andere Dinge? Könnten Sie einige nennen?

Es gibt wirklich zwei verschiedene Arten von Temperaturstress: Radfahren und anhaltende Hitze.

Nahezu jedes Teil kann durch eine große Anzahl von Temperaturzyklen ausfallen. Jede unterschiedliche Art von Material in einem Teil dehnt sich aus und zieht sich mit unterschiedlichen Raten zusammen. Natürlich sind Pakete so konzipiert, dass sie dies berücksichtigen, und Materialien werden ausgewählt oder speziell für gemeinsame Wärmeausdehnungsreaktionen formuliert, aber es treten trotzdem Spannungen auf. Irgendwann brechen diese Spannungen, die oft genug hin und her angewendet werden, etwas.

Dauerwärme ist anders. Silizium hört auf, ein Halbleiter zu sein, und Siliziumtransistoren funktionieren daher bei etwa 150 ° C nicht mehr. Das Erhitzen eines IC auf diese Temperatur schadet ihm nicht direkt, außer es funktioniert nicht wie beabsichtigt. Das "nicht wie beabsichtigt funktionieren" könnte jedoch übermäßige Ströme beinhalten, die dann mehr Wärme verursachen. Irgendwann schmilzt etwas und das Teil ist irreversibel beschädigt. Einige Chips, wie moderne Prozessoren, haben eine so hohe Dichte, dass etwas schmelzen kann, wenn die Wärme nicht einmal einige Sekunden von der Matrize abgeführt wird. Betrachten Sie die Größe eines High-End-Prozessorchips im Vergleich zum Ende eines Lötkolbens und dann, dass 10 Watt in den Chip entleert werden können und dass der Lötkolben bei derselben Leistung Lötschmelztemperaturen erreicht. Bei solchen Chips ist es ein großes Problem, die Wärme loszuwerden. Deshalb werden sie heutzutage mit integrierten Kühlkörpern und Lüftern geliefert. Nehmen Sie den Kühlkörper und den Lüfter ab, und Ihr Prozessor wird in kurzer Zeit geröstet. Oder es schaltet sich aus, um sich selbst zu schützen. In beiden Fällen wird Ihr PC nicht ausgeführt.

Elektrolytkondensatoren unterscheiden sich von den meisten anderen elektronischen Bauteilen darin, dass sie mit der Zeit von Natur aus schlecht werden. Hitze beschleunigt dies. Wenn eine Elektrolytkappe auch ohne Zyklus bei 100 ° C betrieben wird, wird sie viel schneller abgebaut als bei 50 ° C.

Niemand hat die Elektromigration erwähnt, also lassen Sie mich das hinzufügen. Der Ausfall der Verdrahtung integrierter Schaltkreise aufgrund von Elektromigration wird durch die Temperatur beschleunigt und ist unabhängig von Ein / Aus-Zyklen.

Wenn ein Transistor bei derselben Dauertemperatur arbeitet, läuft er tatsächlich viele Jahre lang zuverlässig. Das kontinuierliche Erhitzen und Abkühlen von Teilen verursacht Mikrorisse aufgrund der ungleichmäßigen Wärmeausdehnung verschiedener Materialien innerhalb des Geräts. Aus diesem Grund haben sich Röhrenfernseher so entwickelt, dass sie auch bei ausgeschaltetem Fernseher eine konstante Netzheizung mit niedriger Leistung haben. Mehrmals täglich heiß bis kalt, kalt bis heiß, 10.000 Zyklen in ein paar Jahren ... das hat dazu geführt, dass Fernseher ausfallen.

Diese Tatsache soll jedoch nicht die berühmte Arrhenius-Gleichung (höhere Ausfallratenfunktion der Temperatur) auflösen. Die meisten physikalischen Teile, wie der von Ihnen erwähnte Kondensator, folgen der Arrhenius-Gleichung. Es ist darauf hinzuweisen, dass bei einigen Geräten das Radfahren eine Fehlerursache ist, die über die Temperatur hinausgeht.

Meine einzige Sorge, bitte jemand erzählt diese Tatsache den MTBF-Leuten bei Lockheed. Zuverlässigkeitsgleichungen haben dort keinen Faktor für die Anzahl der Zyklen, daher "fragen" sie sich nur, warum einige Satelliten ausfallen und andere nicht.

Ich kann mir einige Beispiele vorstellen, bei denen Wärme beim Abbau von Teilen eine Rolle spielt:

1) Elektrolytkondensatoren, wie Sie sich entzogen haben. Der Elektrolyt verdampft langsam mit der Zeit, und diese Verdampfung wird durch die Temperatur des Teils beschleunigt (sowohl in der Umgebung als auch durch ESR-Verluste selbst erzeugt).

2) Optokoppler leiden mit zunehmendem Alter unter einer Verschlechterung der Klickrate (Current Transfer Ratio). Dies kann angemessen gesteuert werden, indem sie so schwach gefahren werden, wie es das Design zulässt, und Overhead im Design für den Verlust der Klickrate haben.

3) Keramikkondensatoren der Klasse II leiden unter dielektrischer Alterung und verlieren mit der Zeit an Kapazität. Dies kann behoben werden, indem die Teile einige Stunden lang über ihren Curie-Punkt hinaus erhitzt werden. Dies ist jedoch nicht möglich, wenn sich das Teil im Stromkreis befindet. (Johansen Dielectrics behauptet, dass die Temperatur bei diesem Altern eine Rolle spielt , liefert aber keine harten Daten)