อุณหภูมิและอัตราความล้มเหลวของเซมิคอนดักเตอร์ / อายุการใช้งานของตัวเก็บประจุไฟฟ้าและความจำเป็นในการระบายความร้อน

อัตราความล้มเหลวของเซมิคอนดักเตอร์และอุณหภูมิแวดล้อม

ความร้อนและอุณหภูมิเร่งให้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ล้มเหลว

กราฟด้านขวาแสดง ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิของสารกึ่งตัวนำและอัตราความล้มเหลว โดยอ้างอิงจาก กฎของอาร์เรเนียส ซึ่งทำนายอายุการใช้งานของสารกึ่งตัวนำเนื่องจากความเครียดจากอุณหภูมิ แกนตั้งคืออัตราความล้มเหลว
สาเหตุหนึ่งของความล้มเหลวคือการเสื่อมสภาพ ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาเคมีและเร่งตัวขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ในกราฟ อัตราความล้มเหลวที่อุณหภูมิแวดล้อม 40°C เท่ากับ 1 แต่ ที่อุณหภูมิ 60°C อัตราความล้มเหลวจะเพิ่มขึ้นมากกว่า 10 เท่า และที่อุณหภูมิ 80°C อัตราความล้มเหลวจะเพิ่มขึ้นมากกว่า 100 เท่า แสดงให้เห็นว่าส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ และไอซี มีความเสี่ยงต่อความร้อนและอุณหภูมิอย่างมาก

ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิแวดล้อมและอัตราความล้มเหลวของเซมิคอนดักเตอร์

อุณหภูมิพื้นผิวของเครื่องขยายเสียงเซอร์โวระหว่างการทำงาน

อายุการใช้งานของตัวเก็บประจุไฟฟ้าอลูมิเนียมและอุณหภูมิแวดล้อม

อายุการใช้งานลดลงเหลือ 1/2 ที่อุณหภูมิแวดล้อม +10°C และเหลือ 1/4 ที่อุณหภูมิ +20°C

ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์มีความจำเป็นสำหรับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เช่น แผงวงจร และจะกล่าวได้ไม่เกินจริงเลยหากจะบอกว่าอายุการใช้งานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์นั้นถูกกำหนดโดยอายุการใช้งานของตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์อะลูมิเนียมเหล่านี้
เนื่องจากอัตราการซึมผ่านและแพร่กระจายของอิเล็กโทรไลต์ภายในภายในตัวยางยืดหยุ่นจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกๆ 10°C ที่เพิ่มขึ้น อายุการใช้งานของตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์อะลูมิเนียมจึงเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า เรียกว่า "กฎการเพิ่มเป็นสองเท่า 10°C" กราฟแสดงให้เห็นว่าตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ทั่วไปมีอายุการใช้งานโดยประมาณ 80,000 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 30°C, 40,000 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 40°C และ 20,000 ชั่วโมง (หนึ่งในสี่ของอายุการใช้งาน) ที่อุณหภูมิ 50°C ที่อุณหภูมิ 60°C อายุการใช้งานโดยประมาณจะอยู่ที่เพียง 10,000 ชั่วโมง (หนึ่งในแปดของอายุการใช้งาน) ซึ่งอาจเป็นสาเหตุหลักของความล้มเหลวในอินเวอร์เตอร์ เซอร์โวแอมพลิฟายเออร์ และ PLC ต้องใช้ความระมัดระวังเนื่องจาก อุณหภูมิภายในแผงในฤดูร้อน อาจ สูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมเกือบ 20°C (หนึ่งในสี่ของอายุการใช้งาน)

สูตรคำนวณอายุการใช้งานของตัวเก็บประจุไฟฟ้า

Lo: อายุการใช้งานพื้นฐาน T1: อุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาตของตัวเก็บประจุ T2: อุณหภูมิการทำงานของตัวเก็บประจุ
(จากสมการอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีทั่วไปของอาร์เรเนียส)

ความสัมพันธ์ระหว่างอายุการใช้งานของตัวเก็บประจุไฟฟ้าและความต้องการการระบายความร้อน

หมายเหตุ: ข้อมูลนี้ใช้ข้อมูลจากตัวเก็บประจุไฟฟ้าที่มีอายุการใช้งาน 2,000 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 85°C