Cosa viene “consumato” e danneggiato dal calore?

È risaputo che il calore fa male all'elettronica. Quella temperatura costantemente alta riduce la durata prevista delle parti del computer anche se non si surriscaldano di per sé.

Se, ad esempio, c'è un componente isolante dalla polvere in un PC, "interromperlo" dal normale flusso d'aria. Che cosa prova "usura" più elevata a temperature più elevate? Ho visto i condensatori di liquido menzionati come parti che si guastano più velocemente quanto più alta è la loro temperatura operativa, a causa della costruzione di pressione e delle conseguenti perdite. È corretto? Ma sicuramente, ci sono molte altre cose? Potresti nominarne alcuni?

Esistono davvero due diversi tipi di stress termico, ciclismo e calore prolungato.

Quasi ogni parte è suscettibile al fallimento da un gran numero di cicli di temperatura. Ogni diverso tipo di materiale in una parte si espande e si contrae a velocità diverse. Naturalmente i pacchetti sono progettati per adattarsi a questo, e i materiali sono scelti o specificamente formulati per le risposte di espansione termica comuni, ma le sollecitazioni si verificano comunque. Alla fine quelle sollecitazioni applicate avanti e indietro abbastanza volte romperanno qualcosa.

Il calore sostenuto è diverso. Il silicio smette di essere un semiconduttore e quindi i transistor di silicio smettono di funzionare a circa 150 ° C. Il riscaldamento di un IC a quella temperatura non lo danneggerà direttamente, a parte il fatto che non funzionerà come previsto. Tuttavia, "non funzionando come previsto" potrebbe includere correnti eccessive, che quindi causano più calore. Alla fine qualcosa si scioglie e la parte viene irreversibilmente danneggiata. Alcuni chip, come i moderni processori, hanno una densità così alta che non riuscire a liberarsi del calore anche a pochi secondi dallo stampo può far sciogliere qualcosa. Considera le dimensioni di un die di processore di fascia alta rispetto alla fine di un saldatore, quindi considera che possono esserci 10s di Watt scaricati nello stampo e che il saldatore arriva a temperature di fusione della saldatura allo stesso livello di potenza. Sbarazzarsi del calore è un grosso problema con tali chip. Ecco perché al giorno d'oggi vengono forniti dissipatori di calore e ventole integrati. Togli il dissipatore di calore e la ventola e il tuo processore è brindisi in breve tempo. Oppure, si spegne per proteggersi. Ad ogni modo, il tuo PC non funzionerà.

I condensatori elettrolitici sono diversi dalla maggior parte degli altri componenti elettronici in quanto intrinsecamente si guastano nel tempo. Il calore accelera questo. L'esecuzione di un cappuccio elettrolitico a 100 ° C, anche senza ciclo, lo degraderà molto più rapidamente rispetto a 50 ° C.

Nessuno ha menzionato l'elettromigrazione, quindi lasciatemi aggiungere. Il guasto del cablaggio del circuito integrato dovuto all'elettromigrazione è accelerato dalla temperatura ed è indipendente dai cicli di accensione / spegnimento.

Se un transistor funziona alla stessa temperatura continua, funzionerà in modo affidabile per molti anni. Il continuo riscaldamento e raffreddamento delle parti provoca microcricche dovute a un'espansione termica irregolare di diversi materiali all'interno del dispositivo. Questo è il motivo per cui i televisori a tubo si sono evoluti per avere un riscaldatore di rete costante a bassa potenza anche quando la TV è spenta. Da caldo a freddo, da freddo a caldo più volte al giorno, 10.000 cicli in pochi anni ... questo è ciò che ha causato il fallimento della TV.

Questo fatto non è però quello di dissuadere dalla famosa equazione di Arrhenius (funzione di tasso di fallimento maggiore della temperatura). Molte parti fisiche, come il condensatore che hai citato, obbediscono all'equazione di Arrhenius. È necessario sottolineare che, per alcuni dispositivi, il ciclismo è causa di guasti oltre la temperatura.

La mia unica preoccupazione, per favore qualcuno dica questo fatto ai ragazzi della MTBF a Lockheed. Le equazioni di affidabilità non hanno alcun fattore di numero di cicli, quindi si limitano a "chiedersi" perché alcuni satelliti non funzionano e altri no.

Posso pensare ad alcuni esempi in cui il calore ha un ruolo nel degrado delle parti:

1) Condensatori elettrolitici, come hai eluso. L'elettrolita evapora lentamente nel tempo e questa evaporazione viene accelerata dalla temperatura della parte (sia ambientale che auto-generata dalle perdite di VES).

2) Gli accoppiatori ottici soffrono di degrado CTR (rapporto di trasferimento attuale) mentre invecchiano; questo può essere ragionevolmente controllato guidandoli con la stessa debolezza consentita dal progetto e avendo un sovraccarico nel progetto per la perdita di CTR.

3) I condensatori ceramici di classe II soffrono di invecchiamento dielettrico, perdendo capacità nel tempo. Questo può essere "riparato" riscaldando le parti oltre il loro punto Curie per alcune ore, ma questo non è qualcosa che puoi fare quando la parte è in circuito. (Johansen Dielectrics afferma che la temperatura gioca un ruolo in questo invecchiamento, ma non fornisce dati concreti)