究竟是什么“磨损”并受热损坏?


11

众所周知,热量对电子产品有害。持续的高温会降低计算机部件的预期寿命,即使它们本身并未过热。

例如,如果灰尘使PC中的组件绝缘,则将其从正常气流中“切断”。在更高的温度下经历更高的“磨损”是什么?我已经看到,由于压力升高和导致泄漏,液体电容器的工作温度越高,它们失效的速度就越快。那是对的吗?但是可以肯定,还有很多其他事情吗?你能说一些吗?


1
例外:真空管。(部分)加热以便工作!:)
Kaz

Answers:


10

实际上,温度应力有两种不同的类型:循环应力和持续热。

几乎所有零件都可能因大量温度循环而失效。零件中每种不同类型的材料都会以不同的速率膨胀和收缩。当然,包装被设计成适应这种情况,并且针对常见的热膨胀响应选择或专门配制了材料,但是仍然会产生应力。最终,来回施加足够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,除非它无法按预期工作。但是,“未按预期工作”可能包括过多的电流,这会引起更多的热量。最终,某些东西融化,零件被不可逆转地损坏。某些芯片(例如现代处理器)具有如此高的密度,以至于即使从芯片上散发热量几秒钟也无法散热,否则可能导致某些东西熔化。考虑高端处理器裸片的尺寸与烙铁的末端相比,然后考虑到可能有10瓦的功率倾倒入裸片中,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。因此,它们现在带有集成的散热器和风扇。卸下散热器和风扇,您的处理器将在短时间内烘烤。或者,它关闭自身以保护自己。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组件的不同之处在于,它们随着时间的流逝会固有地变坏。热量加速了这一过程。即使在没有循环的情况下在100°C下运行电解盖,其降解速度也比在50°C下更快。


youtube.com/watch?v=y39D4529FM4从3个1997年以前的CPU上卸下散热器,并测量由此产生的温度(有烟)。
Jim Garrison 2014年

5

没有人提到电迁移,所以让我补充一下。由于电迁移而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。


3

如果晶体管在相同的持续温度下运行,则实际上它将可靠地运行很多年。由于设备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。这就是为什么即使在电视关闭的情况下,电子管电视也已经发展为在低功率下具有恒定的格栅加热器的原因。从冷到热,每天从冷到热,几年内发生10,000次循环……这就是导致电视故障的原因。

这个事实并不是要破坏著名的Arrhenius方程(较高的温度失效率函数)。大多数物理零件(如您提到的电容器)都遵循Arrhenius方程。需要指出的是,对于某些设备,循环是导致故障的原因,而不仅仅是温度。

我唯一关心的是,请告诉洛克希德的MTBF员工这个事实。可靠性方程式没有周期数因子,因此它们只是“想知道”为什么有些卫星失败而有些没有失败。


1
我不确定我是否同意你的第一段。尽管有许多传闻,但恒定的高温确实会增加晶体管的故障率。保持灯管的温度...可能是向冷灯丝注入电流的问题,而不是其他组件的温度循环问题?最后,我认为您的建议是,任何一家非常成功的航空航天公司的工程师都是傻子,这是自高自大的,毫无根据。不,我不在那儿工作。
Joe Hass 2014年

3

我可以想到一些例子,其中热量在零件的降解中起作用:

1)电解电容器,如您所愿。电解质会随时间缓慢蒸发,并且这种蒸发会因零件的温度而加快(环境温度和ESR损失会自发产生)。

2)随着时间的流逝,光耦合器的CTR(电流传输比)会下降;可以通过在设计允许的范围内尽可能弱地驱动它们,并在设计中留有开销来降低CTR来合理地控制它。

3)II类陶瓷电容器会遭受电介质老化,随着时间的流逝会失去电容。可以通过将零件加热超过居里点数小时来“解决”问题,但是当零件处于在线状态时,您将无法执行此操作。(Johansen Dielectrics 声称温度在这种老化过程起作用,但未提供任何硬数据)

By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.