無源元件的溫度堅(jiān)固性需要自己的角度

 對(duì)于有源和無源設(shè)備，熱沖擊的負(fù)面影響都可能與在擴(kuò)展溫度下的穩(wěn)態(tài)操作一樣有害。

確保系統(tǒng)的堅(jiān)固性和長期可靠性需要解決多個(gè)挑戰(zhàn)。不利地影響長期性能的因素包括極端溫度，振動(dòng)，機(jī)械應(yīng)力，靜電放電（ESD），甚至是惡劣和腐蝕性的氣氛。

當(dāng)然，幾乎每個(gè)電路工程師都熟悉溫度問題，這是需要解決的*一個(gè)問題。在大多數(shù)情況下，有電，有散熱，則有可能產(chǎn)生熱量和溫度升高。工程師必須應(yīng)對(duì)這種不可避免的情況帶來的后果，因?yàn)檫@種情況經(jīng)常被列為重要的設(shè)計(jì)約束。

設(shè)計(jì)人員關(guān)注的層次結(jié)構(gòu)通常始于有源設(shè)備性能的變化。即使MOSFET或IGBT的溫度額定值足夠高，由于眾所周知的諸如漏電流之類的因素變化，器件參數(shù)也會(huì)發(fā)生巨大變化。因此，首先要確保組件不僅位于其安全操作區(qū)域（SOA）內(nèi)，而且還具有所需的性能。在某些情況下，需要額外的溫度補(bǔ)償電路或使用具有補(bǔ)償溫度特性的組件，以將電路性能保持在范圍之內(nèi)。

在使用有源器件之后，該檢查無源組件了。與半導(dǎo)體相比，與溫度相關(guān)的漂移往往不那么劇烈。由于貼片電阻（或電感或電容）的溫度系數(shù)，基本的RLC組件（電阻器，電感器和電容器）的規(guī)格發(fā)生了眾所周知的變化，比有源器件中發(fā)生的變化更容易評(píng)估。此外，用于無源器件的原材料具有相當(dāng)高的溫度閾值，這使得它們的物理實(shí)現(xiàn)比半導(dǎo)體的挑戰(zhàn)更為艱巨。（當(dāng)然，“濕式”電容器是另一回事，因?yàn)槠浠净瘜W(xué)性質(zhì)受到不利影響。）

電阻器自己解決問題

在某些方面，由于電阻自身發(fā)熱，RLC三重奏中麻煩的組件是電阻器。這是其抗性功能的自我誘導(dǎo)和不可避免的結(jié)果。相反，電容器和電感器的任何自發(fā)熱都是由于它們的“缺陷”（電感器繞組的直流電阻或電容器的等效串聯(lián)電阻）引起的，而不是其主要作用。這意味著它們的主要熱源是環(huán)境的，而不是自感應(yīng)的。

使用可以承受更高溫度的無源設(shè)備可能似乎不會(huì)引起與溫度相關(guān)的堅(jiān)固性問題。但是，事實(shí)并非如此。仍然存在難以評(píng)估的熱沖擊問題，該問題會(huì)導(dǎo)致細(xì)微的裂縫和裂紋擴(kuò)展。這些可能會(huì)出現(xiàn)在組件內(nèi)部或其引線處，即存在材料間匹配或接合的任何位置。

將高溫，熱沖擊和振動(dòng)的堅(jiān)固性整合到諸如電阻器之類的“簡單”無源組件中需要進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)和制造，如TT Electronics的WDBR系列使用鋼質(zhì)基底所示。

熱沖擊的影響由于使用該組件的電路的開/關(guān)循環(huán)而大大加劇，這在汽車應(yīng)用中很常見（車規(guī)電阻）。結(jié)果是由于材料的反復(fù)膨脹/收縮（特別是當(dāng)它們具有不同的膨脹系數(shù)時(shí)）導(dǎo)致的熱誘導(dǎo)應(yīng)力斷裂。這就是為什么不受這種循環(huán)影響的氣密玻璃陶瓷密封件的開發(fā)是1900年代初期重大材料進(jìn)步的原因。

與單獨(dú)模擬較高溫度對(duì)有源或無源組件性能的影響不同，對(duì)熱沖擊的后果進(jìn)行建模非常困難。這是因?yàn)樗ǔＰ枰诟鞣N測試方案下確定材料和組合的屬性。另外，循環(huán)會(huì)導(dǎo)致材料關(guān)鍵參數(shù)的長期性變化。

設(shè)計(jì)人員的選項(xiàng)跨度操作順序到BOM選擇

設(shè)計(jì)師可以使用哪些選項(xiàng)？在某些情況下，系統(tǒng)故意加電或未完*關(guān)閉，以限制熱沖擊。（顯然，這種方法效率低下，并且在嚴(yán)格的能源要求下通常不再允許。）例如，大功率真空管通常保持“溫暖”，而劇院聚光燈（在大多數(shù)情況下仍為白熾燈）被削減至約10-不使用時(shí)為滿功率的20％。

更好的選擇是使用更智能的電源控制器，該控制器緩慢打開（有時(shí)關(guān)閉）電源。實(shí)際上，現(xiàn)在大多數(shù)現(xiàn)場影院中使用的自動(dòng)照明控件都經(jīng)過編程，可以在腳本要求在提示點(diǎn)處完*照明之前緩慢打開燈。

另一種選擇是使用專門設(shè)計(jì)用于承受熱沖擊和振動(dòng)的無源器件。例如，TT Electronics的WDBR系列電阻器（12至150Ω）的目標(biāo)應(yīng)用是混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車中的電流檢測，動(dòng)態(tài)制動(dòng)以及充電/放電電流限制等應(yīng)用。這些電阻器使用鋼而不是陶瓷作為基材，并在其上印刷并燒制了厚膜導(dǎo)體和電阻器圖案，并且整個(gè)電阻器均受到高溫上釉的保護(hù)。

盡管如此，事實(shí)仍然是，熱沖擊的影響是許多變量的函數(shù)。其中包括一些因素，包括標(biāo)稱溫度，高溫/低溫偏移，熱質(zhì)量，特定材料及其溫度系數(shù)，不同材料之間的配合或結(jié)合以及相關(guān)的振動(dòng)量。

實(shí)際上，直到20世紀(jì)中葉飛機(jī)升空到更稀薄，更冷的空氣中之前，人們對(duì)環(huán)境溫度，熱沖擊和振動(dòng)的相互影響了解得很少。金屬疲勞是1951年詹姆斯·斯圖爾特（James Stewart）和瑪琳·迪特里希（Marlene Dietrich）主演的戲劇性電影《天空中沒有高速公路》的主題，斯圖爾特飾演一位航空航天工程師，他發(fā)現(xiàn)了為什么這些新飛機(jī)墜毀。從那時(shí)起，我們?cè)谝蠛蜐M足要求方面都走了很長一段路?，F(xiàn)在，有AEC-Q200，這是針對(duì)汽車應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化“無源元件的壓力測試資格”。