Qu'est-ce qui est «usé» et endommagé par la chaleur?

Il est bien connu que la chaleur est mauvaise pour l'électronique. Cette température constamment élevée diminue la durée de vie attendue des pièces d'ordinateur, même si elles ne surchauffent pas en soi.

Si, par exemple, il y a de la poussière isolant un composant dans un PC, "le coupant" du flux d'air habituel. Qu'est-ce qui subit une "usure" plus élevée à des températures plus élevées? J'ai vu des condensateurs liquides mentionnés comme des pièces défaillant plus rapidement à mesure que leur température de fonctionnement est élevée, en raison de l'augmentation de la pression et des fuites qui en résultent. Est-ce exact? Mais sûrement, il y a beaucoup d'autres choses? Pourriez-vous en nommer?

Il existe en réalité deux types différents de stress thermique, le cycèlement et la chaleur soutenue.

Presque n'importe quelle pièce est susceptible de tomber en panne à cause d'un grand nombre de cycles de température. Chaque type de matériau différent dans une pièce se dilate et se contracte à des taux différents. Bien sûr, les emballages sont conçus pour s'adapter à cela, et les matériaux sont choisis ou formulés spécifiquement pour des réponses de dilatation thermique courantes, mais des contraintes surviennent néanmoins. Finalement, ces contraintes appliquées assez souvent d'avant en arrière vont casser quelque chose.

La chaleur soutenue est différente. Le silicium cesse d'être un semi-conducteur, et les transistors en silicium cessent donc de fonctionner, à environ 150 ° C. Chauffer un circuit intégré à cette température ne le blessera pas directement, sinon il ne fonctionnera pas comme prévu. Cependant, cela "ne fonctionnant pas comme prévu" pourrait inclure des courants excessifs, qui produisent alors plus de chaleur. Finalement, quelque chose fond et la pièce est irréversiblement endommagée. Certaines puces, comme les processeurs modernes, ont une densité si élevée que le fait de ne pas se débarrasser de la chaleur, même à quelques secondes de la matrice, peut faire fondre quelque chose. Considérez la taille d'une matrice de processeur haut de gamme par rapport à la fin d'un fer à souder, puis considérez qu'il peut y avoir 10 s de watts déversés dans la matrice et que le fer à souder atteint des températures de fusion de soudure à ce même niveau de puissance. Se débarrasser de la chaleur est un problème majeur avec de telles puces. C'est pourquoi ils sont équipés de dissipateurs de chaleur et de ventilateurs intégrés de nos jours. Retirez le dissipateur de chaleur et le ventilateur, et votre processeur est grillé en peu de temps. Ou, il s'arrête pour se protéger. Dans tous les cas, votre PC ne fonctionnera pas.

Les condensateurs électrolytiques sont différents de la plupart des autres composants électroniques en ce qu'ils se détériorent par nature au fil du temps. La chaleur accélère cela. Faire fonctionner un bouchon électrolytique à 100 ° C, même sans cyclage, le dégradera beaucoup plus rapidement qu'à 50 ° C.

Personne n'a mentionné l'électromigration, alors permettez-moi d'ajouter cela. La défaillance du câblage du circuit intégré due à l'électromigration est accélérée par la température et est indépendante des cycles marche / arrêt.

Si un transistor fonctionne à la même température continue, il fonctionnera de manière fiable pendant de nombreuses années. Le chauffage et le refroidissement continus des pièces provoquent des microfissures dues à une dilatation thermique inégale des différents matériaux à l'intérieur de l'appareil. C'est pourquoi les téléviseurs à tube ont évolué pour avoir un chauffe-réseau constant à faible puissance même lorsque le téléviseur est éteint. Chaud à froid, froid à chaud plusieurs fois par jour, 10 000 cycles en quelques années ... c'est ce qui a causé l'échec des téléviseurs.

Ce fait n'est pas pour autant de dissiper la fameuse équation d'Arrhenius (fonction de taux de défaillance plus élevée de la température). La plupart des parties physiques, comme le condensateur que vous avez mentionné, obéissent à l'équation d'Arrhenius. Il faut souligner que, pour certains appareils, le cyclage est plus une cause de panne que la température.

Ma seule préoccupation, s'il vous plaît, quelqu'un dit ce fait aux gars du MTBF à Lockheed. Les équations de fiabilité n'ont pas de facteur de nombre de cycles, ils se demandent donc pourquoi certains satellites échouent et d'autres non.

Je peux penser à quelques exemples où la chaleur joue un rôle dans la dégradation des pièces:

1) Condensateurs électrolytiques, comme vous l'avez évité. L'électrolyte s'évapore lentement au fil du temps, et cette évaporation est accélérée par la température de la pièce (à la fois environnementale et auto-générée par les pertes ESR).

2) Les optocoupleurs souffrent de dégradation du CTR (rapport de transfert actuel) en vieillissant; cela peut être raisonnablement contrôlé en les entraînant aussi faiblement que la conception le permet et en ayant des frais généraux dans la conception pour la perte de CTR.

3) Les condensateurs en céramique de classe II souffrent du vieillissement diélectrique, perdant de la capacité au fil du temps. Cela peut être «corrigé» en chauffant les pièces au-delà de leur point de Curie pendant quelques heures, mais ce n'est pas quelque chose que vous pouvez faire lorsque la pièce est en circuit. (Johansen Dielectrics affirme que la température joue un rôle dans ce vieillissement, mais ne fournit aucune donnée tangible)