本文轉載自： 硬件十萬個為什么微信公眾號

1、器件失效與溫度的關系

器件極限溫度承受能力是高壓線，超過后失效率劇增，使用中不允許超過。在極限溫度以內，器件失效率與溫度仍然強相關，失效率隨著溫度升高而增加。

問題：是否存在一個安全溫度點，只要不超過這個溫度點，失效率與溫度關系就不密切？

答案：理論與實際表明，多數(shù)情況下不存在這樣的溫度點。器件的失效率始終與溫度相關，只是高于某個溫度點之后，失效率會急劇上升，出現(xiàn)拐點。

降額設計就是使元器件或產品工作時承受的工作應力適當?shù)陀谠骷虍a品規(guī)定的額定值，從而達到降低基本失效率（故障率），提高使用可靠性的目的。20世紀50年代，日本人發(fā)現(xiàn)，溫度降低10℃，元器件的失效率可降低一半以上。實踐證明，對元器件的某些參數(shù)適當降額使用，就可以大幅度提高元器件的可靠性。因電子產品的可靠性對其電應力和溫度應力比較敏感，故而降額設計技術和熱設計技術對電子產品則顯得尤為重要。

一款流量計的電源前期設計，未采用降額設計，其調整管僅按計算其功耗為0.8W（在常溫20℃～25℃），選用額定功率為1W的晶體管。結果在調試時和在用戶使用中發(fā)生故障頻繁。分析其原因主要是該管額定功耗1W時的環(huán)境溫度為25℃，而實際工作時該管處于的環(huán)境溫度為60℃，此管此時實際最大功耗已達1W。經可靠性工程師分析和建議，選用同參數(shù)2W的晶體管，這時降額系數(shù)S≈0.5。因而產品的故障很快得到解決。

2、溫度循環(huán)是最惡毒的環(huán)境應力

篩選試驗（剔除方法）：為剔除有早期失效的產品進行的試驗。對電子設備，最有效的是溫度循環(huán)，效率：溫度循環(huán)/振動＝3.5/1。

更具上面統(tǒng)計，我們可以看出溫度循環(huán)是最有效暴露缺陷的環(huán)境應力。

以上為統(tǒng)計結論。同時，我們的經驗，機械應力疊加溫度應力，可以觸發(fā)一些不容易復現(xiàn)的故障。

3、元器件特性隨著溫度漂移，導致系統(tǒng)故障

一類是可恢復的軟失效

一類是不可恢復的硬失效

軟失效一般是指溫度容限不夠，可以恢復，是引起單板故障很難重現(xiàn)的一個重要原因。雖然問題經常觸發(fā)軟失效，但要減少軟失效，不能僅靠降低溫度，必須在分析清楚具體原因的情況下制定有針對性的改進措施。

溫度引起軟失效多由器件參數(shù)的漂移導致。

案例1：參數(shù)溫度漂移，導致三極管不導通

1、halt試驗溫度降到－15度時單板串口掛死，此問題必現(xiàn)，判斷時鐘或者電源有問題。

2、通過管理芯片MCU查看單板的電壓檢測結果和時鐘檢測結果，接入到MCU的電壓檢測結果都正常，檢測到單板的工作時鐘丟失

3、針對時鐘丟失進行分析

CPU工作電源模塊在電壓正常工作之后同步輸出EN信號打開時鐘電路，而這個CPU工作電壓輸出沒有接入到MCU檢測(此電壓是0V～1.2V變化，沒有接入MCU檢測)，時鐘電路得到EN信號才能正常工作；

邏輯檢測到電源A與電源B正常工作之后打開CPU工作電源模塊；

電源A與電源B正常工作的信號是通過的兩個mos管送給CPLD檢測。

4、通過理論分析三極管的輸入電壓為1V05，通過分壓電阻分到0.7V打開三極管，在常溫時對導通電壓的要求為0.58V～0.7V

所以0.7V導通沒問題

在低溫時由于特性漂移，導通電壓需求已經高于0.7V，分壓值不能滿足三極管導通要求。

三極管低溫時參數(shù)漂移驗證：

在常溫下用一塊沒有去掉分壓電阻的單板正常運行，用示波器測試/1V05_detect管腳，/1V05_detect信號為低電平，把示波器設置為上升沿觸發(fā)模式，然后用液氮開始對著三極管噴，只有幾秒的時間，/1V05_detect信號由低變?yōu)楦唠娖搅?，驗證了三極管在低溫時，參數(shù)發(fā)生漂移，Vbe導通門檻變高。

4、溫度導致器件損壞

對于后一種硬失效，失效的原因很離散，器件制造過程中多多少少存在難以完全避免的雜質和缺陷，這些各種各樣的微小缺陷在器件運行期間逐漸生長擴展，當影響到器件外部功能時就導致了器件失效，溫度在缺陷的生長擴展中通常會起到加速的作用，經常需要電應力的協(xié)同。

器件極限溫度承受能力是高壓線，超過后失效率劇增，使用中不允許超過。在極限溫度以內，器件失效率與溫度仍然強相關，失效率隨著溫度升高而增加。

焊接和使用過程中溫度過高，導致BGA焊球開裂

5、對系統(tǒng)的溫度進行測量、監(jiān)控、保護

有些處理器內部有溫度傳感器，處理器內部通過溫度傳感器來感測核心溫度，當前處理器的溫度傳感器采用數(shù)字溫度傳感器(Digital thermal sensor)。

在多核處理器中，intel集成多個DTS，用于監(jiān)控不同區(qū)域的溫度，每個區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)可以通過MSR寄存器讀取。

數(shù)字溫度傳感器只在C0(normal operating)狀態(tài)時有效。

過溫也是通過數(shù)字溫度傳感器測試出來的，并且也在MSR寄存器中的一個比特位表現(xiàn)出來。

溫度傳感器的數(shù)值是單板進入TM1，TM2狀態(tài)的信息源。

我們還可以在關鍵點位增加溫度傳感器，來改善熱環(huán)境。當發(fā)現(xiàn)過溫了，進行告警、降頻、重啟等自動操作。

審核編輯 黃宇