Domanda:
Quanto può surriscaldarsi l'elettronica?
wizlog
2011-12-13 07:00:00 UTC
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Quanto può surriscaldarsi il mio mouse prima di smettere di funzionare? Supponiamo che la plastica venga rimossa in modo che non si sciolga.

Sto davvero cercando di misurare la temperatura massima di esercizio per l'elettronica che non ha parti in movimento (es. Il circuito stampato in silicio fonderebbe a 1000 F? C'è qualcos'altro che non sto chiedendo?)

EDIT: Deve essere usato il silicio?

A 400F vedresti già i componenti cadere dalla scheda perché la saldatura si è sciolta.
C'è anche la temperatura alla quale il circuito stampato si scioglie e / o brucia. Fondamentalmente, la resina epossidica brucia e il vetro intrecciato diventa visibile e il colore (del pannello, non della maschera di saldatura) cambia da bianco pallido a marrone a nero. Anche la maschera per saldatura può bruciarsi.
@Mike: I componenti semiconduttori in silicio sono inutili molto prima che la scheda si bruci o la saldatura si sciolga.
Dai un'occhiata a questa risposta di electronics.stackexchange che copre molti dei problemi con il calore e l'elettronica http://electronics.stackexchange.com/questions/13873/why-exactly-do-chips-start-malfunctioning-once-they-overheat/13903 # 13903
Quando bruciano le schede in silicone? La scheda deve essere in silicone?
Le schede non sono fatte di silicone. La maggior parte sono realizzati in fibre di vetro e resina epossidica.
Quindi non c'è silicone da nessuna parte?
C'è silicio nel vetro (come SiO2), ma non ha le stesse identiche proprietà del silicio cristallino utilizzato nei chip. Come ha sottolineato Olin, i chip falliranno per primi. (Tuttavia, ho visto diodi guasti bruciare la scheda. Era una modalità di guasto comune per i Macintosh all-in-one beige degli anni '80.)
wizlog: Tieni presente che c'è una grande differenza tra ciò che può sopportare un mouse economico e ciò che può sopravvivere un circuito di alta qualità appositamente progettato per ambienti difficili. Il web è pieno di storie di laptop e PC mal progettati che non si surriscaldano a temperatura ambiente, in particolare quando overcloccati ecc.
Cinque risposte:
JonnyBoats
2011-12-13 07:13:30 UTC
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Praticamente tutte le schede tecniche dei produttori elencheranno sia la conservazione minima che la massima e le temperature di esercizio per le loro parti. Inoltre molte parti saranno disponibili in più versioni progettate per funzionare in ambienti più gravosi.

Quindi, ad esempio, un circuito integrato (IC) potrebbe essere disponibile nelle seguenti versioni:

Commerciale 0 -70 ° C Industriale da -40 a + 85 ° C militare da -55 a + 125 ° C.

Inutile dire che il costo aumenta con l'aumento delle prestazioni. Ci sono anche chip specificati per l'uso nello spazio. Quindi, ad esempio, un chip che costa $ 2 nel grado "Commerciale" potrebbe costare $ 2.000 per la versione classificata per lo spazio esterno! (Come puoi immaginare, non vendono molti di quel grado.)

Per quanto riguarda il tuo mouse, generalmente cercano di utilizzare i componenti più economici possibili, quindi per il tuo mouse 70 ° C potrebbero essere il limite superiore (potrebbe essere anche molto inferiore!) che è di circa 158 ° F.

Occorre tenere presente che la temperatura dei componenti è influenzata da due sorgenti:

1) La temperatura dell'ambiente 2) Autoriscaldante: alcuni componenti generano una grande quantità di calore durante il funzionamento, le CPU dei PC ne sono un esempio. Questo è il motivo per cui sono dotati di grandi dissipatori di calore e ventole di raffreddamento per evitare che si surriscaldino.

Come regola generale, maggiore è la potenza che un chip consuma, più calore genera e più è caldo otterrà. Ovviamente un mouse utilizza pochissima energia, quindi questo non dovrebbe essere un grosso problema per un mouse.

Cosa impedisce che si alzi (la temperatura massima di esercizio)? Supponendo che sia qualcosa che non genera calore ...
@wizlog: ciò che accade è che i valori dei componenti si discostano dal valore nominale e il circuito smette di funzionare nel modo per cui è stato progettato. Ciò può aumentare ulteriormente lo stress termico sui componenti selezionati che poi si guasteranno completamente.
@JustJeff (Suona stupido, perdonami.) Cosa sono i valori dei componenti?
Il superutente @wizlog, potrebbe essere un posto migliore per le risposte di cui hai bisogno.
@Kortuk Mi hanno mandato qui.
I valori dei componenti sono le specifiche di un componente, ad esempio un resistore da 100 ohm o un condensatore micro-farad 0,01. (in un altro campo potrebbe essere un motore da 150 HP o un tubo da 1/2 pollice). Il punto è che raramente le cose sono esattamente ciò che pretendono di essere, quindi un resistore da 100 ohm potrebbe effettivamente essere 101,5 ohm. Ulteriori valori possono cambiare nel tempo, in particolare se soggetti a stress come il calore.
La parola chiave qui è * affidabilità *. Diciamo che i componenti del mouse sono classificati fino a 70 ° C e la tolleranza nei valori dei componenti non è un problema: ciò significa che il mouse funzionerà comunque in modo molto affidabile a queste temperature. Certamente aumentare la temperatura a 90 ° C significherà ancora che diciamo che 5 topi su 10 sopravvivono a questo trattamento per un certo periodo di tempo. Ma di solito questo non è sufficiente: si desidera un'alta percentuale di parti funzionanti anche dopo molto tempo, quindi non si spinge oltre e si esce dalle specifiche.
@wizlog: per un esempio di ciò che sto ottenendo, un resistore da 1000 ohm a temperatura normale diventerà effettivamente un resistore da 1500 ohm a una temperatura più alta. Le caratteristiche dei dispositivi che sono stati selezionati come desiderabili dal progettista cambiano effettivamente. Quindi i pezzi non si comportano nel modo in cui sono stati progettati. Questo può portare a un ulteriore stress da calore e alla fine qualcosa fallirà catastroficamente.
@Kortuk Abbiamo chiuso la domanda su SU in quanto era più pertinente all'ingegneria elettronica in generale, e vorremmo che le domande fossero focalizzate su problemi reali, non su ipotesi ipotetiche.
@slhck, In EE sarebbe preferibile non fornire supporto ingegneristico anche per ipotesi ipotetiche. È un problema comune.
Jason S
2011-12-13 21:03:00 UTC
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Oltre a tutti i punti positivi menzionati in altre risposte, due punti da notare sono:

  • molti semiconduttori di potenza al silicio sono ora classificati a una temperatura di esercizio di 175 C (in precedenza 150 C era la norma )
  • I semiconduttori al carburo di silicio possono teoricamente andare più in alto, ma sembra che l'imballaggio sia l'attuale collo di bottiglia per il funzionamento ad alta temperatura - Powerex ha avuto una notizia recente che diceva che stanno cercando moduli per il funzionamento a 200 ° C. Se vuoi leggere un interessante documento tecnico sull'argomento, eccone uno di Powerex / Cree.
Cosa succede quando il silicio diventa più caldo? (So ​​che il punto di fusione del silicio è 1414 Celsius.)
beh, per prima cosa, la corrente di dispersione aumenta esponenzialmente con la temperatura, e ad un certo punto qualsiasi transistor sarà o fortemente o debolmente acceso.
Olin Lathrop
2011-12-13 19:25:07 UTC
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Come ha detto Jonny, per le singole parti la cosa migliore è controllare le loro schede tecniche. Tuttavia da un punto di vista generale o teorico, si consideri la temperatura alla quale il silicio cessa di agire come un semiconduttore. Se ricordo bene dalla classe dei dispositivi a semiconduttore molti anni fa, si tratta di circa 150 ° C. Sarebbe una buona idea cercarlo da soli invece di credermi sulla parola.

Guarda anche alcune schede tecniche per parti in silicio discrete. Spesso sono classificati per una temperatura massima di 150 ° C o giù di lì. Tieni presente che è la temperatura dello stampo. Essendo sempre presente una resistenza termica finita tra ambiente e filiera, la temperatura massima della filiera è il punto in cui il dispositivo non può più dissipare alcuna potenza elettrica, rendendola praticamente inutile. Qualcosa come un mouse non gestisce molta potenza, quindi può funzionare vicino al limite teorico.

Poi c'è un altro effetto. Tutti gli stampi non sono creati uguali, anche dalla stessa fetta. I produttori testano ciascuno di essi e talvolta li classificano in modo diverso a seconda delle caratteristiche desiderabili speciali che trovano. La capacità di funzionare ad alta temperatura può essere una di queste caratteristiche. Gli stampi che possono sopportare temperature elevate possono essere venduti come parti a gamma estesa, il che significa che le parti a gamma non estesa probabilmente vanno a male a temperature più basse perché sono state selezionate in questo modo.

La maggior parte dei chip semiconduttori in silicio sono specificati almeno nell'intervallo di temperatura ambiente compreso tra 0 e 70 ° C, spesso con versioni con intervallo di temperatura esteso disponibili a un prezzo più elevato. Nel caso dei chip, questa di solito è la temperatura ambiente, non la temperatura del die.

Quindi, per rispondere in un certo senso alla tua domanda, un dispositivo elettronico sconosciuto che utilizza semiconduttori di silicio e non specificamente la potenza di gestione può probabilmente sopravvivere a 70 ° C. Forse può sopravvivere a 100 ° C ambiente. Quando muoiono arrivano a 150 ° C, molto probabilmente non funzioneranno. Ciò che questo significa in termini di ambiente è in qualche modo un'ipotesi.

Ricorda che questo è un mouse consumer, probabilmente non sono stati fatti troppi test nelle singole parti ;-)
@Jonny: In realtà test piuttosto sostanziali probabilmente sono andati nelle parti reali. Il produttore di semiconduttori non sa come verranno utilizzate le parti e ci sono sempre ricadute, quindi i singoli stampi vengono solitamente testati a fondo. Il fatto che siano stati ulteriormente cestinati in base alla tolleranza della temperatura dipende dal fatto che le versioni ad alta temperatura dell'IC abbiano un mercato sufficiente, come le applicazioni militari. Se l'IC è solo un controller del mouse, probabilmente no.
Olin: in un mouse economico questo è probabilmente un circuito integrato in un pacchetto di punta prodotto in Cina. Puoi scommettere che non hanno speso 1 centesimo in più che non dovevano assolutamente. Dubito seriamente che provenga da una struttura certificata ISO con 6 sigma ;-)
Matt B.
2011-12-14 07:57:48 UTC
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Ci sono molti materiali diversi all'interno del tuo mouse oltre al "silicio". I chip sono fatti di silicio, ma poi vengono inseriti all'interno di un (probabilmente) pacchetto di chip di plastica, saldato a un circuito stampato in fibra di vetro, circondato da altri componenti come condensatori, resistori, connettori, ecc. Che non sono fatti di silicio. Ogni componente avrà il proprio intervallo di temperatura accettabile, al di fuori del quale non è possibile fare affidamento per continuare ad agire come specificato nella scheda tecnica, per ragioni che vanno dall'aumento del rumore termico o altri problemi elettrici, alla semplice fusione o accensione. Basti dire che la temperatura è nelle equazioni che modellano il comportamento dei materiali (l'espansione termica è un semplice esempio) e, in un intervallo sufficientemente ampio, la temperatura può diventare il fattore dominante che determina il comportamento di un materiale e del dispositivo che ne è fatto.

WillyWonka
2011-12-14 21:17:52 UTC
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Quando eseguo il reflow, riscaldo il mio PCB fino a 220Degress Ceclcius .. ma non più di 2-3 minuti. Ovviamente questi devono essere in linea con le specifiche degli IC e il PCB deve essere compatibile con SMD.

Nei pcb generali non dovrebbero essere esposti a temperature superiori a 100 gradi Celsius per lunghi periodi di tempo. è ok, ma non consigliato.

C'è una grande differenza tra la conservazione per un breve periodo o la temperatura di saldatura e la temperatura * di esercizio * sostenuta. Si noti che l'OP ha chiesto specificamente la temperatura di esercizio.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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