Dass Hitze schlecht für die Elektronik ist, ist allgemein bekannt. Diese konstant hohe Temperatur verringert die erwartete Lebensdauer von Computerteilen, selbst wenn sie per se nicht überhitzen.
Wenn zum Beispiel Staub ein Bauteil in einem PC isoliert, es vom üblichen Luftstrom „abschneidet“. Was erfährt bei höheren Temperaturen einen höheren "Verschleiß"? Ich habe Flüssigkondensatoren gesehen, die als Teile erwähnt wurden, die umso schneller ausfallen, je höher ihre Betriebstemperatur ist, da sich Druck aufbaut und daraus ein Leck entsteht. Ist das korrekt? Aber sicher gibt es noch viele andere Dinge? Können Sie einige nennen?
Es gibt eigentlich zwei verschiedene Arten von Temperaturstress, Radfahren und anhaltende Hitze.
Nahezu jedes Teil ist anfällig für Ausfälle bei einer großen Anzahl von Temperaturzyklen. Jeder unterschiedliche Materialtyp in einem Teil dehnt sich aus und zieht sich mit unterschiedlichen Raten zusammen. Natürlich sind Verpackungen dafür ausgelegt, dies zu berücksichtigen, und Materialien werden ausgewählt oder speziell für übliche Wärmeausdehnungsreaktionen formuliert, aber Spannungen treten dennoch auf. Schließlich werden diese Belastungen, die oft genug hin und her ausgeübt werden, etwas kaputt machen.
Anhaltende Hitze ist anders. Bei etwa 150 °C hört Silizium auf, ein Halbleiter zu sein, und Siliziumtransistoren funktionieren daher nicht mehr. Das Erhitzen eines IC auf diese Temperatur schadet ihm nicht direkt, außer dass es nicht wie beabsichtigt funktioniert. Dieses „funktioniert nicht wie beabsichtigt“ kann jedoch übermäßige Ströme beinhalten, die dann mehr Wärme verursachen. Irgendwann schmilzt etwas und das Teil wird irreversibel beschädigt. Einige Chips, wie moderne Prozessoren, haben eine so hohe Dichte, dass etwas schmelzen kann, wenn die Wärme nicht einmal für ein paar Sekunden vom Chip abgeführt wird. Betrachten Sie die Größe eines High-End-Prozessorchips im Vergleich zum Ende eines Lötkolbens, und bedenken Sie dann, dass 10 Watt in den Chip geleitet werden können und dass der Lötkolben bei derselben Leistungsstufe Lötschmelztemperaturen erreicht. Das Abführen von Wärme ist ein Hauptproblem bei solchen Chips. Deshalb werden sie heutzutage mit integrierten Kühlkörpern und Lüftern geliefert. Nehmen Sie den Kühlkörper und den Lüfter ab, und Ihr Prozessor ist in kurzer Zeit getoastet. Oder es schaltet sich selbst ab, um sich selbst zu schützen. So oder so wird Ihr PC nicht laufen.
Elektrolytkondensatoren unterscheiden sich von den meisten anderen elektronischen Komponenten dadurch, dass sie mit der Zeit von Natur aus schlecht werden. Hitze beschleunigt dies. Das Betreiben einer Elektrolytkappe bei 100 °C, auch ohne Zyklen, wird sie viel schneller abbauen als bei 50 °C.
Niemand hat Elektromigration erwähnt, also lassen Sie mich das hinzufügen. Der Ausfall der Verdrahtung der integrierten Schaltung aufgrund von Elektromigration wird durch die Temperatur beschleunigt und ist unabhängig von Ein/Aus-Zyklen.
Wenn ein Transistor bei der gleichen Dauertemperatur arbeitet, läuft er tatsächlich viele Jahre zuverlässig. Ständiges Erhitzen und Abkühlen von Teilen verursacht Mikrorisse aufgrund ungleichmäßiger Wärmeausdehnung verschiedener Materialien innerhalb des Geräts. Aus diesem Grund haben sich Röhrenfernseher so entwickelt, dass sie eine konstante Gitterheizung mit niedriger Wattzahl haben, selbst wenn der Fernseher ausgeschaltet ist. Heiß zu kalt, kalt zu heiß mehrmals am Tag, 10.000 Zyklen in ein paar Jahren .... das hat dazu geführt, dass Fernseher versagt haben.
Diese Tatsache soll jedoch nicht die berühmte Arrhenius-Gleichung widerlegen (höhere Ausfallrate als Funktion der Temperatur). Die meisten physikalischen Teile, wie der von Ihnen erwähnte Kondensator, gehorchen der Arrhenius-Gleichung. Es muss darauf hingewiesen werden, dass bei einigen Geräten die Zyklen mehr als die Temperatur eine Ausfallursache sind.
Meine einzige Sorge, bitte teilt jemand diese Tatsache den MTBF-Jungs bei Lockheed mit. Zuverlässigkeitsgleichungen haben dort keinen Faktor für die Anzahl der Zyklen, also "wundern" sie sich nur, warum einige Satelliten ausfallen und andere nicht.
Mir fallen ein paar Beispiele ein, bei denen Wärme beim Abbau von Teilen eine Rolle spielt:
1) Elektrolytkondensatoren, wie Sie sich entzogen haben. Der Elektrolyt verdunstet langsam im Laufe der Zeit, und diese Verdunstung wird durch die Temperatur des Teils beschleunigt (sowohl durch die Umgebung als auch durch ESR-Verluste selbst erzeugt).
2) Optokoppler leiden mit zunehmendem Alter an CTR (Current Transfer Ratio)-Verschlechterung; dies kann angemessen kontrolliert werden, indem man sie so schwach ansteuert, wie es das Design zulässt, und indem man Overhead im Design für den Verlust von CTR hat.
3) Keramikkondensatoren der Klasse II unterliegen einer dielektrischen 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, aber das können Sie nicht tun, wenn sich das Teil im Schaltkreis befindet. (Johansen Dielectrics behauptet, dass die Temperatur bei dieser Alterung eine Rolle spielt, liefert aber keine harten Daten)
Kaz