¿Qué es exactamente "desgastado" y dañado por el calor?

Es de conocimiento común que el calor es malo para la electrónica. Esa temperatura constantemente alta disminuye la vida útil esperada de las piezas de la computadora, incluso si no se sobrecalientan per se.

Si, por ejemplo, hay polvo aislando un componente en una PC, "cortándolo" del flujo de aire habitual. ¿Qué es lo que experimenta un mayor "desgaste" en temperaturas más altas? He visto condensadores líquidos mencionados como piezas que fallan más rápido cuanto mayor es su temperatura de funcionamiento, debido a la acumulación de presión y la fuga resultante. ¿Es eso correcto? Pero seguramente, ¿hay muchas otras cosas? ¿Podrías nombrar algunos?

Realmente hay dos tipos diferentes de estrés por temperatura, ciclismo y calor sostenido.

Casi cualquier parte es susceptible a fallas debido a un gran número de ciclos de temperatura. Cada tipo diferente de material en una parte se expande y contrae a diferentes velocidades. Por supuesto, los paquetes están diseñados para adaptarse a esto, y los materiales se eligen o se formulan específicamente para respuestas de expansión térmica comunes, pero no obstante se producen tensiones. Eventualmente, esas tensiones que se aplican de un lado a otro suficientes veces romperán algo.

El calor sostenido es diferente. El silicio deja de ser un semiconductor y, por lo tanto, los transistores de silicio dejan de funcionar a unos 150 ° C. Calentar un IC a esa temperatura no lo dañará directamente, aparte de que no funcionará según lo previsto. Sin embargo, que "no funciona según lo previsto" podría incluir corrientes excesivas, que luego causan más calor. Finalmente, algo se derrite y la pieza se daña irreversiblemente. Algunos chips, como los procesadores modernos, tienen una densidad tan alta que no eliminar el calor ni siquiera por unos segundos del dado puede hacer que algo se derrita. Considere el tamaño de un troquel de procesador de alta gama en comparación con el extremo de un soldador, y luego considere que puede haber 10s de vatios vertidos en el troquel, y que el soldador alcanza temperaturas de fusión de soldadura en el mismo nivel de potencia. Deshacerse del calor es un problema importante con tales chips. Es por eso que vienen con disipadores de calor y ventiladores integrados hoy en día. Retire el disipador de calor y el ventilador, y su procesador estará tostado en poco tiempo. O se apaga para protegerse. De cualquier manera, su PC no se ejecutará.

Los condensadores electrolíticos son diferentes de la mayoría de los otros componentes electrónicos en que inherentemente se deterioran con el tiempo. El calor acelera esto. Hacer funcionar una tapa electrolítica a 100 ° C, incluso sin ciclar, la degradará mucho más rápidamente que a 50 ° C.

Nadie ha mencionado la electromigración, así que permítanme agregar eso. La falla del cableado del circuito integrado debido a la electromigración se acelera por la temperatura y es independiente de los ciclos de encendido / apagado.

Si un transistor funciona a la misma temperatura continua, en realidad funcionará de manera confiable durante muchos años. El calentamiento y enfriamiento continuo de las piezas provoca microgrietas debido a la expansión térmica desigual de diferentes materiales dentro del dispositivo. Esta es la razón por la cual los televisores de tubo han evolucionado para tener un calentador de red constante a baja potencia incluso cuando el televisor está apagado. Calor a frío, frío a calor varias veces al día, 10,000 ciclos en unos pocos años ... eso fue lo que causó el fallo de la televisión.

Sin embargo, este hecho no es para descartar la famosa ecuación de Arrhenius (función de temperatura de falla más alta). La mayoría de las partes físicas, como el condensador que mencionó, obedecen la ecuación de Arrhenius. Es necesario señalar que, para algunos dispositivos, el ciclismo es una causa de falla más que la temperatura.

Mi única preocupación es que alguien le cuente este hecho a los chicos de MTBF en Lockheed. Las ecuaciones de confiabilidad no tienen un factor de número de ciclos, por lo que simplemente se "preguntan" por qué algunos satélites fallan y otros no.

Puedo pensar en algunos ejemplos en los que el calor juega un papel en la degradación de las partes:

1) Condensadores electrolíticos, como eludiste. El electrolito se evapora lentamente con el tiempo, y esta evaporación se acelera por la temperatura de la pieza (tanto ambiental como autogenerada por las pérdidas de ESR).

2) Los optoacopladores sufren degradación del CTR (relación de transferencia actual) a medida que envejecen; esto puede controlarse razonablemente conduciéndolos tan débilmente como lo permita el diseño y teniendo una sobrecarga en el diseño para la pérdida de CTR.

3) Los condensadores cerámicos de clase II sufren envejecimiento dieléctrico, perdiendo capacitancia con el tiempo. Esto puede 'arreglarse' calentando las partes más allá de su punto Curie durante unas horas, pero esto no es algo que puede hacer cuando la parte está en el circuito. (Johansen Dielectrics afirma que la temperatura desempeña un papel en este envejecimiento, pero no proporciona datos concretos)