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

En realidad, hay dos tipos diferentes de estrés por temperatura, ciclaje y calor sostenido.

Casi cualquier parte es susceptible a fallas debido a una gran cantidad de ciclos de temperatura. Cada tipo diferente de material en una parte se expande y se contrae a diferentes tarifas. Por supuesto, los paquetes están diseñados para adaptarse a esto, y los materiales se eligen o se formulan específicamente para las respuestas de expansión térmica comunes, pero, sin embargo, se producen tensiones. Eventualmente, esas tensiones que se aplican una y otra vez las 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, ese "no funciona como debería" podría incluir corrientes excesivas, que luego causan más calor. Eventualmente algo se derrite y la parte queda dañada irreversiblemente. Algunos chips, como los procesadores modernos, tienen una densidad tan alta que el hecho de no deshacerse del calor ni siquiera durante unos segundos desde la matriz puede hacer que algo se derrita. Considere el tamaño de una matriz de procesador de alta gama en comparación con el extremo de un soldador, y luego considere que puede haber 10s de vatios descargados en la matriz, y que el soldador alcanza temperaturas de fusión de la soldadura en ese mismo nivel de potencia. Deshacerse del calor es un problema importante con estos chips. Es por eso que vienen con disipadores de calor y ventiladores integrados hoy en día. Quite el disipador de calor y el ventilador, y su procesador estará tostado en poco tiempo. O bien, se cierra para protegerse. De cualquier manera, tu PC no se va a ejecutar.

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

Nadie ha mencionado la electromigración, así que permítame 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 continuos de las piezas causan micro fisuras debido a la expansión térmica desigual de diferentes materiales dentro del dispositivo. Esta es la razón por la que los televisores de tubo han evolucionado para tener un calentador de red constante a bajo vataje, incluso cuando el televisor está apagado. Caliente a frío, frío a caliente varias veces al día, 10,000 ciclos en unos pocos años ... eso es lo que causó que las televisiones fallaran.

Sin embargo, este hecho no es para disuadir la famosa ecuación de Arrhenius (función de temperatura de tasa de falla más alta). La mayoría de las partes físicas, como el condensador que mencionaste, 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, por favor, alguien 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 desempeña un papel en la degradación de las partes:

1) Condensadores electrolíticos, como usted eludió. 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 de CTR (relación de transferencia de corriente) a medida que envejecen; esto puede controlarse razonablemente conduciéndolos tan débilmente como lo permita el diseño y con una sobrecarga en el diseño por pérdida de CTR.

3) Los condensadores cerámicos de clase II sufren un envejecimiento dieléctrico y pierden capacitancia con el tiempo. Esto se puede "arreglar" calentando las partes más allá de su punto Curie durante unas pocas horas, pero esto no es algo que pueda hacer cuando la parte está en el circuito. (Johansen Dielectrics la temperatura de las afirmaciones desempeña un papel en este envejecimiento, pero no proporciona datos duros)