O que exatamente fica "desgastado" e danificado pelo calor?

É do conhecimento geral que o calor é ruim para a eletrônica. Essa temperatura constantemente alta diminui a vida útil esperada das peças do computador, mesmo que não estejam superaquecendo por si só.

Se, por exemplo, houver poeira isolando um componente em um PC, "cortando-o" do fluxo de ar usual. O que experimenta um "desgaste" mais alto em temperaturas mais altas? Vi capacitores líquidos mencionados como peças falhando mais rapidamente quanto maior a temperatura de operação, devido à pressão exercida e ao vazamento resultante. Isso está correto? Mas certamente, há muitas outras coisas? Você poderia citar alguns?

Na verdade, existem dois tipos diferentes de estresse de temperatura, ciclagem e calor sustentado.

Praticamente qualquer parte é suscetível à falha devido ao grande número de ciclos de temperatura. Cada tipo diferente de material em uma peça se expande e contrai a taxas diferentes. Obviamente, os pacotes são projetados para acomodar isso, e os materiais são escolhidos ou especificamente formulados para respostas comuns à expansão térmica, mas, mesmo assim, ocorrem tensões. Eventualmente, essas tensões sendo aplicadas repetidamente vezes suficientes quebrarão alguma coisa.

O calor sustentado é diferente. O silício deixa de ser um semicondutor e, portanto, os transistores de silício param de funcionar, a cerca de 150 ° C. Aquecer um CI a essa temperatura não o afetará diretamente, a não ser que não funcione conforme o esperado. No entanto, "não funcionar como pretendido" pode incluir correntes excessivas, que causam mais calor. Eventualmente, algo derrete e a peça é irreversivelmente danificada. Alguns chips, como os processadores modernos, têm uma densidade tão alta que deixar de se livrar do calor por alguns segundos a partir da matriz pode fazer com que algo derreta. Considere o tamanho de uma matriz de processador de ponta em comparação com o final de um ferro de solda e, em seguida, considere que pode haver 10s de Watts despejados na matriz e que o ferro de solda chegue a temperaturas de fusão de solda no mesmo nível de potência. Livrar-se do calor é um grande problema com esses chips. É por isso que eles vêm com dissipadores de calor e ventiladores integrados hoje em dia. Retire o dissipador de calor e a ventoinha, e seu processador é torrado rapidamente. Ou, ele se desliga para se proteger. De qualquer maneira, seu PC não funcionará.

Os capacitores eletrolíticos são diferentes da maioria dos outros componentes eletrônicos, pois, inerentemente, ficam ruins ao longo do tempo. O calor acelera isso. A operação de uma tampa eletrolítica a 100 ° C, mesmo sem pedalar, a degradará muito mais rapidamente do que a 50 ° C.

Ninguém mencionou eletromigração, então deixe-me acrescentar. A falha na fiação do circuito integrado devido à eletromigração é acelerada pela temperatura e é independente dos ciclos de ativação / desativação.

Se um transistor operar na mesma temperatura contínua, ele funcionará de maneira confiável por muitos anos. O aquecimento e o resfriamento contínuos das peças causam micro rachaduras devido à expansão térmica desigual de diferentes materiais dentro do dispositivo. É por isso que as TVs de tubo evoluíram para ter um aquecedor de grade constante em baixa potência, mesmo quando a TV está desligada. Quente a frio, frio a quente várias vezes ao dia, 10.000 ciclos em alguns anos ... foi o que causou a falha da TV.

Este fato não é para dissolver a famosa equação de Arrhenius (função de temperatura da taxa de falha mais alta). A maioria das partes físicas, como o capacitor que você mencionou, obedece à equação de Arrhenius. É necessário salientar que, para alguns dispositivos, o ciclismo é uma causa de falha maior que a temperatura.

Minha única preocupação, por favor, alguém conte esse fato para os caras da MTBF na Lockheed. As equações de confiabilidade não possuem fator de número de ciclos; portanto, elas "se perguntam" por que alguns satélites falham e outros não.

Posso pensar em alguns exemplos em que o calor desempenha um papel na degradação de peças:

1) Capacitores eletrolíticos, como você evitou. O eletrólito evapora lentamente ao longo do tempo, e essa evaporação é acelerada pela temperatura da peça (ambiental e auto-gerada pelas perdas de ESR).

2) Os acopladores ópticos sofrem degradação da CTR (taxa de transferência atual) à medida que envelhecem; isso pode ser razoavelmente controlado, conduzindo-os da maneira mais fraca possível e com sobrecarga no projeto para perda de CTR.

3) Capacitores de cerâmica classe II sofrem envelhecimento dielétrico, perdendo capacitância ao longo do tempo. Isso pode ser "consertado" aquecendo as peças após o ponto Curie por algumas horas, mas isso não é algo que você pode fazer quando a peça está em circuito. (Johansen Dielectrics afirma que a temperatura desempenha um papel nesse envelhecimento, mas não fornece dados concretos)