究竟是什么“磨损”并被热损坏?

电器工程 成分 温度 电脑
2022-01-24 02:06:04

众所周知,热量对电子产品不利。持续的高温会降低计算机部件的预期寿命,即使它们本身并没有过热。

例如,如果 PC 中的组件有灰尘绝缘,则将其与通常的气流“隔断”。是什么在更高的温度下经历了更高的“磨损”?我见过提到的液体电容器,因为它们的工作温度越高,部件失效的速度就越快,因为压力会增加并导致泄漏。那是对的吗?但可以肯定的是,还有很多其他事情吗?你能说出一些吗?

4个回答

实际上有两种不同类型的温度压力,循环和持续热。

几乎任何部件都容易因大量温度循环而失效。零件中每种不同类型的材料以不同的速率膨胀和收缩。当然,封装的设计是为了适应这一点,并且选择材料或专门配制用于常见的热膨胀响应,但仍然会产生应力。最终,那些来回施加足够多次的压力会破坏某些东西。

持续的热量是不同的。硅不再是半导体,因此硅晶体管在 150°C 左右停止工作。将 IC 加热到该温度不会直接伤害它,除非它不会按预期工作。但是,“未按预期工作”可能包括电流过大,从而导致更多热量。最终,某些东西融化了,零件受到了不可逆转的损坏。一些芯片,如现代处理器,具有如此高的密度,即使在几秒钟内未能从芯片中排出热量,也会导致某些东西熔化。考虑与烙铁末端相比高端处理器芯片的尺寸,然后考虑可能有 10 瓦的功率被倾倒到芯片中,并且烙铁在相同的功率水平下达到焊料熔化温度。散热是此类芯片的主要问题。这就是为什么它们现在配备集成散热器和风扇的原因。取下散热器和风扇,您的处理器很快就会烤熟。或者,它会自行关闭以保护自己。无论哪种方式,您的 PC 都无法运行。

电解电容器与大多数其他电子元件的不同之处在于,它们会随着时间的推移而变坏。热量加速了这一过程。在 100°C 下运行电解帽,即使没有循环,也会比在 50°C 下更快地降解它。

没有人提到电迁移,所以让我补充一下。由于电迁移导致的集成电路布线故障会因温度而加速,并且与开/关周期无关。

我可以想到几个例子,说明热量在零件退化中起作用:

1)电解电容器,正如你所逃避的那样。电解液会随着时间慢慢蒸发,而这种蒸发会因部件的温度而加速(环境温度和 ESR 损失自身产生的温度)。

2) 光耦合器会随着老化而遭受 CTR(电流传输比)下降;这可以通过在设计允许的范围内尽可能弱地驱动它们来合理地控制,并在设计中增加 CTR 损失的开销。

3) II 类陶瓷电容器会遭受介电老化,随着时间的推移会失去电容。这可以通过将部件加热超过其居里点几个小时来“修复”,但当部件处于电路中时,这不是你可以做的事情。(Johansen Dielectrics声称温度在这种老化中起作用,但没有提供任何硬数据)

如果晶体管在相同的连续温度下运行,它实际上将可靠运行多年。由于器件内不同材料的不均匀热膨胀,零件的持续加热和冷却会导致微裂纹。这就是为什么电子管电视已经发展为即使在电视关闭的情况下也具有低瓦数的恒定网格加热器。一天从热到冷,从冷到热几次,几年内循环 10,000 次......这就是导致电视出现故障的原因。

这个事实并不是要破坏著名的阿累尼乌斯方程(温度的高故障率函数)。大多数物理部件,比如你提到的电容器,都遵循阿伦尼乌斯方程。需要指出的是,对于某些设备,循环是比温度更重要的故障原因。

我唯一担心的是,请有人将这个事实告诉洛克希德的 MTBF 人员。可靠性方程没有周期数因素,所以他们只是“想知道”为什么有些卫星会失败而有些则不会。