Hitze schadet der Elektronik – das wird Ihnen praktisch jeder Ingenieur und jeder Verkäufer elektronischer Bauteile bestätigen. Aber gibt es Bauteile, die empfindlicher darauf reagieren als andere? Wirkt sich Kälte genauso stark aus wie Hitze? Was wir wissen, ist, dass es für die meisten Bauteile Temperaturbereiche gibt, die Aufschluss über die Auswirkungen von Temperaturen auf elektronische Bauteile geben können.

„Die erwartete Lebensdauer jedes Bauteils sowie jedes Endprodukts, das aus diesen Bauteilen hergestellt wird, wird von der Temperatur beeinflusst, bei der sie betrieben werden“, stellt CTM Magnetics fest.

Die für die Herstellung von Leiterplatten verwendeten Materialien sind darauf ausgelegt, bestimmten Temperaturen standzuhalten. Werden diese Temperaturen überschritten, verschlechtert sich die Leistung der Leiterplatte. Bei Verwendung hitzebeständiger Platinen lässt sich die Wärmeeinwirkung besser eindämmen. Da Hitze aus vielen Quellen stammen kann, wirkt sie sich unterschiedlich auf das Bauteil und die Umgebung aus.

Daten belegen, dass bei Halbleitern und elektronischen Bauteilen die Ausfallrate mit steigender Hitze stark zunimmt und sich die Lebensdauer verkürzt. Dauerhaft hohe Temperaturen verkürzen die erwartete Lebensdauer von Computerbauteilen, selbst wenn diese eigentlich nicht überhitzen.

Beim Entwurf eines elektronischen Produkts sollte man sich über den Leistungsbedarf des neuen Produkts im Vergleich zu den vom ursprünglichen Hersteller festgelegten Grenzwerten des Bauteils im Klaren sein. Viele Hersteller „uprate“ mittlerweile ihre Bauteile – das heißt, sie entwickeln Bauteile, die alle kommerziellen, industriellen oder sogar militärischen Temperaturbereiche erfüllen. Dadurch müssen Hersteller die Fertigung nicht für jede einzelne Klassifizierung umrüsten und können ein Bauteil schaffen, das in allen Szenarien einsetzbar ist.

Zuverlässigkeit muss durch Design, die Wahl geeigneter Bauteile, Verpackung und Kühltechniken in das System integriert werden. „In der Regel besteht ein Spielraum zwischen der angegebenen Betriebstemperatur eines Bauteils und dem Temperaturbereich, in dem das Bauteil tatsächlich zuverlässig arbeiten kann. Hersteller sehen hierfür üblicherweise einen Spielraum vor. Dieser besteht zwischen den angegebenen Betriebstemperaturgrenzen und der tatsächlichen Betriebsfähigkeit der Bauteile. Dies trägt dazu bei, die Ausbeute an Bauteilen zu maximieren, Ausgangsprüfungen zu reduzieren oder zu eliminieren und Stichprobenprüfungen sowie die statistische Prozesskontrolle zu optimieren“, heißt es auf der Website Electronics Cooling.

Die Auswirkungen hoher Temperaturen auf einige Bauteile sind in der folgenden Tabelle dargestellt.