Halbleiter stehen ja oft unter hoher Belastung und erwärmen/erhitzen sich dabei unter Umständen auch sehr stark. Meine Frage an euch wäre, ob es für Halbleiter eine optimale Temperatur gibt, bei der die Lebensdauer möglichst hoch ist? Kann man sagen, je kälter, desto länger halten sie oder ist diese Pauschalaussage nicht richtig. Ich denke bei den aktuellen Aussentemperaturen in erster Linie an Solar-Wechselrichter, DC/DC-Wandler, ...
Finn R. schrieb: > Halbleiter stehen ja oft unter hoher Belastung und erwärmen/erhitzen > sich dabei unter Umständen auch sehr stark. Meine Frage an euch wäre, ob > es für Halbleiter eine optimale Temperatur gibt, bei der die Lebensdauer > möglichst hoch ist? Möglichst niedrig und möglichst konstant. > Kann man sagen, je kälter, desto länger halten sie Wenn man nicht gerade über kryogene Temperaturen spricht, dann ja. > oder ist diese Pauschalaussage nicht richtig. Ich denke bei den > aktuellen Aussentemperaturen in erster Linie an Solar-Wechselrichter, > DC/DC-Wandler, ... Man könnte solche Leistungshalbleiter auf 25°C Chiptemperatur halten, dazu braucht es halt aktive Kühlung incl. Peltier oder Wärmepumpe. Dann halten die vermutlich 10x so lange. Aber wer will das schon? Was lange hält bringt uns kein Geld. Und der Aufpreis für die Kühlung ist auch relativ hoch, dazu kommt eine mögliche Fehler- und Verschleißquelle. Je nach Anwendung, Zuverlässigkeitsanforderung und angepeilter Lebensdauer hat man so Chiptemperaturen bei Leitstungshalbleitern von vielleicht 80-130°C. Darunter lohnt sich der Kühlaufwand meistens nicht, darüber geht nicht viel mehr ohne radikale Lebensdauerverkürzung. Wie immer gilt auch hier, so heiß wie möglich, so kühl wie nötig.
Finn R. schrieb: > Ich denke bei den aktuellen Aussentemperaturen in erster Linie an > Solar-Wechselrichter, DC/DC-Wandler, ... Wenn es um die Lebensdauer geht, solltest du mindestens genauso besorgt um die in oben genannten Geräten verbauten Elektrolytkondensatoren sein.
In meiner Lehrzeit behauptete ein Kollege, man könnte jeden Stereoverstärker mit voller 10Hz Rechteckanssteuerung "töten". Der Grund - die thermische dynamische mechanische Stressbelastung die mit der Zeit die Strukturen der Leistungshalbleiter beeinträchtigt. Ob das Laborlatein war, entzieht sich mir. Bis jetzt ist bei mir nur ein Sanken Leistung Modul eines JVC Steuergeräts ausgefallen. Diskrete Verstärker noch nie. Das 10Hz Experiment habe ich nur zur Überprüfung eines Verstärkers gemacht.
Finn R. schrieb: > Ich denke bei den > aktuellen Aussentemperaturen in erster Linie an Solar-Wechselrichter, > DC/DC-Wandler, ... Zumindest größere solcher Geräte verfügen über eine temperaturgeregelte Zwangskühlung. Ist die Umgebung heißer, laufen die Lüfter stärker. Daher sollte sich in gewissen Grenzen die Umgebungstemperatur wenig bis kaum auf die Halbleitertemperatur auswirken.
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> ob > es für Halbleiter eine optimale Temperatur gibt, bei der die Lebensdauer > möglichst hoch ist? Kann man sagen, je kälter, desto länger halten sie > oder ist diese Pauschalaussage nicht richtig. Falls man mit dem Fachbegriff dafür weiter recherchieren möchte, der lautet "derating": * https://en.wikipedia.org/wiki/Derating Macht man nicht nur bei der Temperatur sondern auch gern bei anderen Parameter wie Nennspannung von Kondensatoren. Nicht "auf Kante nähen" sondern Parameter "tief in den grünen Bereich" setzen. Das hilft auch bei der Optimierung der MTBF. Eine Daumenregeln für die Arbeits-temperatur sind 50% bis 70% der zulässigen Sperrschichttemperatur. Rechenbeispiele bspw: https://www.emea.lambda.tdk.com/il/KB/How-to-improve-power-supply-MTBF-and-reliability.pdf (auch Anhang).
> Temperatur niedrig und möglichst konstant.
Stimmt! Leider gibt es auch noch Gehäuse, die Wärme stauen. Auf 45 Grad
dimensionieren reicht daher kaum.
Lüfter sind mechanische Bauteile mit endlichem Leben durch Verschmutzung
und Verschleiß. Alles, was man nicht hat, geht auch nie kaputt.
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Ich betreibe Leistungselektronik bei teils 175 °C Umgebungstemperatur plus Eigenerwärmung und nutze dabei ganz normale Transistoren ud Dioden aus dem Katalog. Ist halt eine Frage, was du an Lebensdauer erwartest. Wenn in deinem Wechselrichter die Schalttransistoren 100 °C Dietemperatur im Sommer erreichen, würde ich mir um die Teile bei einer Betriebszeit von über 10 Jahren keine Sorge machen. Wenn es um wirklich hohe Temperaturen geht: von 25 bis 175 °C steigt der Rds,on von Siliziumtransistoren auf das ca. 2,5 fache an. Für SiC ist der Faktor eher 1,7. Der Leckstrom steigt exponentiell an und kann bei 175 °C bei mittelgroßen Transistoren auch mal an 1 mA rankommen, bei SiC weniger.
Finn R. schrieb: > Kann man sagen, je kälter, desto länger halten sie > oder ist diese Pauschalaussage nicht richtig. Die Aussage ist richtig. Halbleiter erhalten ihre Eigenschaften, indem Fremdatome in den zu dotierenden Kristall eingebracht werden. Die Geschwindigkeit, mit der die Atome in den Kristall "wandern", hängt von der Temperartur ab. Je höher sie ist, desto schneller verläuft dieser Prozess. Der Dotierungsprozess hört nie auf. Das heißt, je wärmer der Halbleiter betrieben wird, desto schneller verändert er seine Daten. Irgendwann wird dann die Toleranzgrenze bei einem Parameter überschritten, bei dem die Schaltung noch funktioniert. Häufig ist es der Wert der maximalen Spannung, so dass es dann bei zu klein gewordener Spannungsfestigkeit zu einem Durchschlag im Halbleiter kommt.
Gerhard O. schrieb: > In meiner Lehrzeit behauptete ein Kollege, man könnte jeden > Stereoverstärker mit voller 10Hz Rechteckanssteuerung "töten". Vielleicht nicht jeden Verstärker, aber es geht. Für Deine Boxen habe ich folgenden Tipp: Lass Deine Anlage eine halbe Stunde bei maximaler Lautstärke laufen und spiele dann die Studioversion Gamma Ray von Birth Control ebenso mit maximaler Lautstärke.
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Martin schrieb: > Lass Deine Anlage eine halbe Stunde bei maximaler Lautstärke laufen und > spiele dann Gamma Ray von Birth Control ebenso mit maximaler Lautstärke. Am besten nachts bei offenen Fenstern...
Ersatzwiderstände sind billiger als neue Lautsprecherspule/Membran?
Mani W. schrieb: > Martin schrieb: >> Studioversion Gamma Ray von Birth Control > > Die ist geil! # Klugscheiß Anfang # Und wer war Schlagzeuger bei Birth Control? Hugo Egon Balder. Wissen viele nicht, ebenso wenig wie das Udo Lindenberg bei der Tatort Titelmelodie Schlagzeuger war. # Klugscheiß Ende # H. H. schrieb: > Martin schrieb: >> Lass Deine Anlage eine halbe Stunde bei maximaler Lautstärke laufen und >> spiele dann Gamma Ray von Birth Control ebenso mit maximaler Lautstärke. > > Am besten nachts bei offenen Fenstern... Kann man aber nur laut hören.
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Ich hatte vor einigen Jahren Silvester alleine so gefeiert, dass ich eine große Box vor die Tür stellte und Punkt 00:00 mit Hardrock begann, das aber lautstark... Ich wohnte in einem kleinen Haus am Waldrand, der Sound war gewaltig und mit den Lichtblitzereien der Feuerwerkskörper gab es eine gute Lichtshow... Von den Knallereien hörte ich praktisch nichts, Led Zeppelin, Uriah Heep, Black Sabbath, Birth Control, Xandria, Deep Purple ZZ-Top, AC/DC und viele andere waren dabei... Am nächsten Tag sagte die Nachbarin dass es gute Musik war...
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Gerhard O. schrieb: > In meiner Lehrzeit behauptete ein Kollege, man könnte jeden > Stereoverstärker mit voller 10Hz Rechteckanssteuerung "töten". Der Grund > - die thermische dynamische mechanische Stressbelastung die mit der Zeit > die Strukturen der Leistungshalbleiter beeinträchtigt. Bei einer sinkenden Frequenz fängt irgendwann der Halbleiter an sich mit dieser Frequenz zu erärmen und abzukühlen. Inkl aller Mikrobewegungen der thermischen Ausdehnung,. Dabei können die Verbindungen (Bonddrähte) auch mit altern. Das ist stark von der Verpakungs und Verbindungstechnik abhänging. Unn natürlich vom thermischen Hub. So ein Leistungsmodul kann dann bei 5Hz schon nach einem halben Jahr spektakulär den Deckel auf machen. Frag bitte nicht woher ich das weiß....
H. H. schrieb: > Am besten nachts bei offenen Fenstern... Wenn das in Deinem Wohnumfeld normal ist, dann mache es so. Jörg R. schrieb: > Kann man aber nur laut hören. Wie sonst??? Mani W. schrieb: > Am nächsten Tag sagte die Nachbarin dass es gute Musik war... Deine Nachbarin hat offensichtlich einen exzellent guten Musikgeschmack.
Mani W. schrieb: > Am nächsten Tag sagte die Nachbarin dass es gute Musik war... Meine Nachbarn hören auch immer gute Musik. Ob sie wollen oder nicht :D
>> Kann man sagen, je kälter, desto länger halten sie >> oder ist diese Pauschalaussage nicht richtig. > > Die Aussage ist richtig. In der Praxis wird das nicht so verallgemeinert, da gibt es schon eine Grenze ab der man eine weitere Temp.-Absenkung nicht anstrebt. > Halbleiter erhalten ihre Eigenschaften, indem Fremdatome in den zu > dotierenden Kristall eingebracht werden. Die Geschwindigkeit, mit der > die Atome in den Kristall "wandern", hängt von der Temperartur ab. Je > höher sie ist, desto schneller verläuft dieser Prozess. > Der Dotierungsprozess hört nie auf. Temperatur ist nicht die einzige "Kraft" die Teilchen bewegt, da wäre auch ein (äußere) elektrische Feld zu nennen, für elektrische Bauteile wie Transistoren dürfte das die "treibende Kraft" sein, nicht (allein) die Temperatur. Ich hab mal in der Literatur zum Thema gegraben, da betrachtet man zwei Temperaturen, die Umgebungstemperatur und die Betriebstemperatur des Halbleiters. Die "Lastminderungskurve" (Derating-diagramm) wie beispielhaft in https://www.mikrocontroller.net/attachment/700053/Derat1of2.PNG gezeicht, sieht man für den "grünen Bereich einen Parallele zur x-Achse und eine fallende Gerade. Liegt die Betriebstemperatur (Umgebungstemperatur + Erwärmung durch Betrieb) auf dem "fallenden" Bereich (so oberhalb 60° C) wird eine Abnahme der Gesamtlebensdauer erwartet, im parallelen Bereich dagegen nicht. Deshalb macht es in diesem Bereich (hier unter 60° C) wenig Sinn, die Temperatur durch (Zwangs-) Kühlung weiter zu drücken. Die spezifizierte Umgebungstemperatur wird auch mal unterschätzt, heisst es eben das die elektronik für Zimmertemperatur ausgelegt ist, wird man wohl leicht Probleme (auch bei geringer Last haben wenn man das Ganze draußen in der prallen Sonne bei 80°C betreibt (oder längere Zeit liegen lässt).
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Bradward B. schrieb: > Temperatur ist nicht die einzige "Kraft" die Teilchen bewegt, da wäre > auch ein (äußere) elektrische Feld zu nennen, für elektrische Bauteile > wie Transistoren dürfte das die "treibende Kraft" sein, nicht (allein) > die Temperatur. Etwas ausführlicher ist es hier beschrieben: https://halbleiter-scout.de/halbleitertechnologie/dotierung/dotierung-durch-diffusion/
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