|
Полезно ли телефонам
закаляться?
Если верить учёным, то зимой, в
мороз и стужу, у людей учащаются случаи беспричинной депрессии, плохого
настроения… и всяко-разных болезней. Ну, что тут сказать… На то они и учёные!
Но в этой статье я хотел бы рассказать, как зима и мороз влияют на сотовые телефоны;
насколько холод может влиять на телефонный аппарат, и
каковы последствия этого влияния. С новогодних праздников собирался, и вот
наконец-то дошли руки… видать, и до меня добралась та самая депрессия…
Без
телефонов мы нынче никуда; они с нами и дома, и на улице, и в транспорте… А на
улице нынче зябко… А теперь – давайте вспомним школьный курс физики (седьмой
класс, кажется…). При нагревании все тела что делают? Правильно, расширяются! А
при охлаждении? Догадайтесь сами. Вспомнили? Следуем дальше.
Сегодня
все без исключения телефонные аппараты изготавливают с использованием BGA-монтажа. Для того чтобы понять, что это за монтаж и с чем
его едят, давайте сравним его с монтажом более привычного, «печатного» типа. Вот
так выглядит этот самый «печатный» монтаж: 
Для
примера я сфотографировал несколько «объёмных» диодов на плате из
фольгированного стеклотекстолита (в названия деталей особенно не вникайте, мы
сейчас не об электронике говорим; просто смотрим на картинку). Примерно с
десяток лет тому назад с применением такой технологии собиралось 95% всей
бытовой электроники, да и сейчас такой способ все еще широко применяется.
Внимание здесь нужно обратить вот на что: сами детали как бы «зависли» на
гибких проволочках-ножках. Запомним, это
важно.
А на
следующем рисунке - фото платы, смонтированной с применением BGA-монтажа.  Здесь, правда,
конденсаторы сфотографированы, но это сути не меняет. Разница понятна? Конденсаторы
припаяны напрямую к дорожкам, проволочные выводы при этом не используются. Я не
берусь утверждать, что это есть хорошо или плохо; такой монтаж намного проще,
компактней и более технологичен, но нюанс, как в знаменитом анекдоте, все-таки
есть. Если вследствие теплового расширения/сжатия происходит деформация платы и
самих элементов, то при использовании объёмного монтажа не происходит чего-то
катастрофичного (ну сжимается на морозе резистор, ну сгибаются немного проволочки-выводы
– только и всего-то). Последствия воздействия холода при BGA-монтаже намного плачевней. Гнуться там, как видим, просто
нечему, гибких выводов просто нет; соответственно деформируется либо припой
(это приводит к постепенному ухудшению качества пайки; в припое появляются
микротрещины и деталь со временем может
отвалиться от платы без видимых причин),
либо разрушится сама деталь (при условии, что прочность пайки выше прочности
детали). Перспективы я вам обрисовал не слишком обнадеживающие. Но те же
школьники-семиклассники могут мне возразить; дескать, деформируется не только
деталь, но и сама плата, а значит, не всё так страшно! Да, не всё так страшно;
и деталь, и плата сжимаются одновременно… но из того же школьного курса физики мы
помним, что различные детали имеют различную плотность и так называемый
температурный коэффициент расширения; а следовательно, и сжимаются по-разному.
Ну вот не придумала природа двух веществ, изменения с которыми происходили бы
абсолютно одинаково! А значит, пусть и в меньшей мере, но всё вышесказанное
верно. Увы.
Найдутся, конечно,
люди, знакомые с технологией BGA-монтажа, которые возразят: пайка выполняется
при температуре около 300 градусов Цельсия, а обычная, рабочая температура
устройства – всего 20 градусов. Это означает, что в процессе изготовления плата
может выдержать перепад температур около 280 градусов. Чем же тогда может
навредить пятнадцатиградусный мороз? А вреден он следующим. При изготовлении
деталей для BGA-монтажа берутся материалы с нормируемым (причем очень жестко)
коэффициентом температурного расширения. Для этого применяется очень много
хитростей, которые служат для того, чтобы ни детали, ни плата не
деформировалась при остывании с трехсот градусов до двадцати. Например,
применяются специальные трафареты из композитных материалов с минимальным
(нулевым) расширением; дорожки на плате делаются по определённой технологии,
чтобы исключить их деформации... Да много чего ещё; целая отрасль науки
занимается одним только этим вопросом. Но суть всего вышесказанного в том, что
добиться минимальных деформаций невероятно трудно; и тут на счету каждый градус
и каждый микрон!!! Вот по этому коэффициент температурного расширения и
нормируется только в диапазоне температур от 20 до 300 градусов Цельсия (или,
если точнее – то от 300 до 600 Кельвинов), именно поэтому ни один производитель
не дает гарантии на работу любого оборудования при 0 градусов и ниже. И тут
сама собой напрашивается ещё одна малоутешительная мысль: любой аппарат,
выполненный по BGA-технологии, даже единожды попав в
среду с отрицательной температурой уже есть потенциальный источник нестабильной
работы, сбоев разного рода и прочих неприятностей.
Но эффект
температурного расширения/сжатия действует не только на связку «детали -
материал платы». Перепады температур влияют и на саму плату, как бы странно это
на первый взгляд не показалось. Дело в том, что при изготовлении электроники с
применением печатного монтажа платы проектировались в основном с одно- или
двухсторонним расположением токопроводящих дорожек. То бишь, плата представляла
из себя пластину из стеклотекстолита или гетинакса с нанесёнными с двух сторон
дорожками. Но то было давно и неправда. С приходом эры BGA-монтажа
плотность этого самого монтажа возросла в разы, а следовательно, потребовалось
и более плотное размещение дорожек. В переводе на нормальный, понятный язык –
для всех необходимых дорожек просто не стало хватать места с двух сторон
текстолита. Пришлось делать многослойные платы: это такие платы, где чередуются
несколько слоёв дорожек и текстолита. Казалось бы: к чему я это всё
рассказываю? А вот к чему. Дело в том, что между собой слои соединяются
специальными металлизированными отверстиями… представьте себе обыкновенную
заклёпку, только уменьшенную до размеров в десятую долю миллиметра… вот так эти
самые переходы и выглядят. И здесь работает тот же самый принцип температурного
расширения/сжатия, что и для BGA-деталей: медные
дорожки и текстолит расширяются неравномерно, и как следствие – при
отрицательных температурах контакты просто разрываются… Со всеми вытекающими
последствиями.
И вы думаете, что на этом
неприятности закончились? Не-а, это далеко не все! Продолжаю пугать вас дальше!
Поговорим об
электролитических конденсаторах. Электролитические конденсаторы (электролиты) –
это такие детали, которые… не важно; важно лишь то, что без них не обходится ни
одна электронная схема. В состав конденсаторов, как не трудно догадаться,
входит электролит, который находится в состоянии, отличном от твердого. А
значит, на морозе он чего делает? Он замерзает или становится вязким! А
следовательно, теряет часть своих свойств. Именно по этой причине конденсаторы
высыхают, а иногда их и вовсе «пробивает» - т.е. обкладки замыкаются между
собой. И как следствие - мы получаем такие неполадки с телефоном, как всяко-разное
жужжание, искажение звука, различные помехи и наводки.
Еще одна проблема
замерзшего телефона – «подтормаживающий экран». Полагаю, что владельцы любых
аппаратов (не только китайских) не раз замечали, что в холоде экран телефона
как бы «тормозит». Быстро движущиеся изображения становятся нечёткими,
«размазанными», появляются так называемые «хвосты»… Здесь все дело в жидких
кристаллах, которые применяются при изготовлении TFT-матриц
экранов. На морозе сильно увеличивается время отклика этих кристаллов. Причины
этого явления я, к сожалению, не знаю; но зато из личного опыта знаю, что
обычно эта «болезнь» самоустраняется при нагревании аппарата до комнатной
температуры (должно же быть хоть что-то позитивное!).
А теперь к проблеме,
которая без следов не проходит практически никогда и встречается очень часто именно
у китайских аппаратов. Вся проблема заключается в сенсоре тач-скрина. Ведь
подавляющее большинство «китов» оборудованы огромным сенсорным экраном. Давайте
разберёмся, что из себя представляет этот самый сенсор. А представляет он из
себя эдакий сандвич – три пластиковых прозрачных пленки с контактами по
периметру и специальным покрытием.
Пленки сложены друг на друга строго определённым образом, а к контактным
дорожкам прижата пленка-шлейф, которая проводит сигнал. И вся эта конструкция
наклеена на стеклянную пластинку. Но самое интересное то, что для пластика, из
которого изготовлен сенсор – обычно никак не нормируется температурный
коэффициент расширения! А если ещё вспомнить, что сенсор является самой большой
деталью телефона, то выходит, и деформируется он больше всех других деталей. И
при деформации контакт между дорожками, проходящими по периметру сенсора и
выводами благополучно… нарушается. И как
следствие, мы получает обрыв контактных дорожек и нерабочий сенсор.
Еще
одна неприятность, поджидающая нас на морозных улицах – проблема с
аккумулятором. Сегодня большая часть батарей, установленных в телефонах –
литий-ионные или литий-полимерные. А оба названных типа аккумуляторов в силу
технологических особенностей очень сильно теряют свою ёмкость при отрицательных
температурах. При однократном воздействии мороза на такую батарейку её ёмкость
впоследствии полностью восстанавливается, но при регулярном охлаждении,
вследствие окислительно-восстановительных реакций, протекающих в аккумуляторе –
у него возрастает значение внутреннего сопротивления и, как следствие,
аккумулятор «отказывается» работать под нагрузкой. Приходится его менять.
И
в заключении делюсь с вами еще одной неприятностью. Думаю, люди, которые
постоянно носят очки, меня поймут. Когда заходишь с мороза в тёплое помещение,
то очки запотевают, на них конденсируется влага. А ведь то же самое происходит
с платой аппарата! Если телефон какое-то время был в холоде, а потом его
поместили в тепло – на всех деталях устройства (в том числе – и на плате!) конденсируется
влага. Результат – короткое замыкание между дорожками, окислившиеся контакты,
дефекты пайки... А ведь клиенты клянутся всеми святыми, что телефон не мочили,
что пылинки с него сдували… умирает он всё равно именно от воды. Пусть даже – и
от той, что постоянно находится в воздухе.
Такая
вот у меня мрачная получилась статейка. Вы спросите: что же делать? Выходит,
зимой нужно оставаться без связи? Радикально, конечно, но… думаю, не стоит. Вот
несколько советов о том, как можно избежать многих из вышеперечисленных
неприятностей.
- Зимой не стоит носить телефон в сумочке или в наружном
кармане одежды. Можно купить какой-нибудь симпатичный шнурок, мешочек, чехольчик
и носить аппарат под курткой. Мелочь, а сразу автоматически отпадают столько
проблем!
- По возможности – пользуйтесь гарнитурой (лучше – проводной), чтобы не
доставать аппарат из тёплого кармана. Оно – и рукам теплее будет!
- Если есть возможность – на время разговора спрячьтесь от холода в здание магазина,
метро, подъезд (или в любое другое теплое помещение).
- В случае если телефон какое-то время находился на холоде – придя домой вытащите
из него батарейку, снимите панельки, крышку для отсека батареи, и в таком виде
оставьте на два-три часа. И только потом – вставляйте батарею обратно и
включайте аппарат!
- Никогда не покупайте телефоны зимой с открытых лотков, неотапливаемых киосков
и тому подобное! Даже если цена ну очень привлекательная - подумайте как
следует: оно вам точно надо?. Велика вероятность того, что на ремонт будет
потрачена сумма гораздо больше той суммы, за которую вы приобретёте аппарат.
- Ну и, по возможности, старайтесь всё же поменьше
пользоваться телефонами на морозе. И простыть – шансов меньше будет, да и –
весна скоро, вот и наговоритесь!
Доброго здравия вам и вашим «китайским друзьям»!
//Сергей Искрицкий.
|
