Что именно "изнашивается" и повреждается под воздействием тепла?

Общеизвестно, что тепло вредно для электроники. Эта постоянно высокая температура уменьшает ожидаемый срок службы деталей компьютера, даже если они не перегреваются сами по себе.

Если, например, в компьютере есть пыль, изолирующая компонент, «отрезая его» от обычного воздушного потока. Что испытывает более высокий «износ» при более высоких температурах? Я видел жидкие конденсаторы, упомянутые как части, которые выходят из строя быстрее, чем выше их рабочая температура, из-за повышения давления и вытекающей из этого утечки. Это правильно? Но, конечно же, есть еще много вещей? Не могли бы вы назвать некоторые?

На самом деле существует два различных типа температурного стресса: циклический и устойчивый нагрев.

Практически любая деталь подвержена отказу от большого количества температурных циклов. Каждый отдельный тип материала в детали расширяется и сжимается с разной скоростью. Конечно, пакеты предназначены для этого, и материалы выбираются или специально формулируются для общих реакций теплового расширения, но, тем не менее, возникают напряжения. В конце концов, те усилия, которые приложены назад и вперед достаточно раз, что-то сломают.

Устойчивое тепло отличается. Кремний перестает быть полупроводником, поэтому кремниевые транзисторы перестают работать при температуре около 150 ° C. Нагрев IC до этой температуры не повредит непосредственно, кроме того, что он не будет работать как задумано. Однако это «не работает как задумано» может включать в себя чрезмерные токи, которые затем вызывают больше тепла. В конце концов что-то тает, и часть необратимо повреждена. Некоторые микросхемы, такие как современные процессоры, имеют такую ​​высокую плотность, что, если даже в течение нескольких секунд не отводить тепло от матрицы, это может привести к плавлению чего-либо. Рассмотрим размер кристалла процессора высшего класса по сравнению с концом паяльника, а затем учтите, что в матрицу может быть сброшено 10 сатт и что паяльник достигает температур плавления припоя при том же уровне мощности. Избавление от жары - главная проблема с такими чипами. Вот почему в наши дни они оснащены встроенными радиаторами и вентиляторами. Снимите радиатор и вентилятор, и ваш процессор будет поджарен в короткие сроки. Или он отключается, чтобы защитить себя. В любом случае, ваш компьютер не будет работать.

Электролитические конденсаторы отличаются от большинства других электронных компонентов тем, что со временем они плохо работают. Жара ускоряет это. Работа электролитического колпачка при 100 ° C, даже без цикличности, приведет к его гораздо более быстрому разрушению, чем при 50 ° C.

Никто не упомянул об электромиграции, поэтому позвольте мне добавить это. Отказ проводки интегральной схемы из-за электромиграции ускоряется температурой и не зависит от циклов включения / выключения.

Если транзистор работает при той же постоянной температуре, он действительно будет надежно работать в течение многих лет. Непрерывный нагрев и охлаждение деталей вызывает микротрещины из-за неравномерного теплового расширения различных материалов внутри устройства. Вот почему у ламповых телевизоров появился постоянный нагреватель при низкой мощности, даже когда телевизор выключен. Горячая или холодная, холодная и горячая несколько раз в день, 10 000 циклов в течение нескольких лет ... вот что привело к выходу телевизора из строя.

Этот факт не должен упускать из виду знаменитое уравнение Аррениуса (более высокая функция интенсивности отказов температуры). Большинство физических частей, например упомянутый вами конденсатор, подчиняются уравнению Аррениуса. Необходимо отметить, что для некоторых устройств цикличность является причиной отказа больше, чем температура.

Мое единственное беспокойство, пожалуйста, кто-нибудь расскажет об этом факте ребятам из MTBF в Локхиде. Уравнения надежности там не имеют коэффициента числа циклов, поэтому они просто «задаются вопросом», почему некоторые спутники выходят из строя, а некоторые нет.

Я могу привести несколько примеров, когда тепло играет роль в разрушении деталей:

1) Электролитические конденсаторы, как вы избежали. Со временем электролит медленно испаряется, и это испарение ускоряется температурой детали (как окружающей среды, так и самогенерируемой из-за потерь ЭПР).

2) Оптопары страдают от ухудшения CTR (коэффициент передачи тока) с возрастом; это можно разумно контролировать, управляя ими настолько слабо, насколько это позволяет конструкция, и накладывая накладные расходы на конструкцию из-за потери CTR.

3) Керамические конденсаторы класса II претерпевают диэлектрическое старение, со временем теряя емкость. Это можно «исправить», нагревая детали до точки Кюри в течение нескольких часов, но это не то, что вы можете сделать, когда деталь находится в цепи. (Йохансен Диэлектрик утверждает, что температура играет важную роль в этом старении, но не предоставляет точных данных)