热对策的基础知识(2)
～需要采取热对策的背景～
2019-02-18
前言
热对策是用来确保设备、系统的特性、寿命以及安全性的重要研究事项。“热对策的基础知识”中，对为采取热对策的基础知识，将分3次即“热的基础知识”、“需要采取热对策的背景”、“热设计和热对策”进行解说。本次是第2次，即“需要采取热对策的背景”。
日趋热门的热对策的重要性
下面列举几个事例。
- 设备的高密度安装化导致散热面积和散热路径的缩小。
- 同一性能的零部件小型化导致热电阻的上升。
- 半导体元件的处理速度提升导致发热量的增加。
- 半导体集成电路的微细化(集成度提升)导致发热量的增加。
热对零部件和设备造成的影响
零部件和设备高温后会不好，大家可能都会感觉到。这里列出当发热后高温、以及曝露于附近的发热体高温下会引发什么样的问题。可将热引发的问题分类为“功能方面的问题”、“机械方面的问题”、“对人方面的问题”。
功能方面的问题
电子零部件基本上是一旦动作温度升高就会导致寿命缩短。譬如，铝电解电容器，如果温度上升10℃，寿命就会缩短一半，这是已知的事实。这是因为电容器的电解液向封口橡胶扩散的速度会因热而加速。结果会导致静电电容大大下降，由于电路所需的静电电容不足，导致在电路动作中发生故障。
下面的图形所示为在105℃下保证工作2,000小时的铝电解电容器的动作温度与推算寿命的示例。如图形所示，温度升高时推算寿命缩短，如前所述，铝电解电容器在温度上升10℃时，推算寿命就会缩短一半。
由此可见，热会对零部件的功能产生影响，导致其寿命的缩短，因而是对可靠性产生影响的一个重要因素。
机械方面的问题
在由多个部件材料构成的构造物，譬如电子零部件或模块、安装有这些零部件或模块的印刷电路板等上，会因温度上升而产生热应力。这是因为各部件材料的热膨胀率不同，单纯地将热膨胀率的差值大的部件材料组合起来，热应力就会增大。因常温（或者低温）状态和高温状态的反复，也即热应力的反复会产生热疲劳，引发机械方面的劣化或破坏。热会成为机械应力并引发零部件的劣化或故障，从而影响到可靠性。
对人方面的问题
人一旦接触到处于高温的物品就会被烫伤（烧伤）。此外，近年来低温烫伤成了问题，由于多半情况下是在没有疼痛的不知不觉中演进的，因而常常是比通常的烫伤症状更为严重的烫伤。
就拿我们身边的例子来说，除了被炉、暖水袋、暖宝宝外，还有报告指出了智能手机等便携式信息设备的事例。有将智能手机长时间放在口袋，结果因智能手机的发热而导致低温烫伤的例子。即使是44℃这一稍热的类似温泉水的温度，如果6个小时以上作用于皮肤，也有可能引起低温烫伤，这一点已得到确认。如上所述，人接触或携带的设备受热，包含有引发人体安全性的问题。此外，还会因发热而起火，并导致火灾。
热对社会和企业活动产生的影响
前面所述的热引发的功能方面的问题、机械方面的问题、对人方面的问题所产生的影响，并不只是针对零部件和产品。譬如，家电，有可能导致人被烫伤，或因发生火灾而导致房屋、财产损失，甚至可能导致丧命。
大量销售的产品引发的问题，会演变成社会问题。而且，销售该产品的企业的形象当然会受到损坏，需要支付产品召回和赔偿等巨额的开支，有的问题要受到法律的惩罚，还要承担重大的社会责任。
小结
近年来，伴随设备、系统的小型化(零部件的高密度化)和高性能化，设备呈现高温化的趋势。热的产生，会导致产品和系统出问题，此类问题有可能对企业及社会产生影响。因此，热对策不仅仅是为了确保产品的性能和可靠性，而且还会波及到社会和企业活动，其重要性是不言而喻的。
下次我们将对热设计和热对策进行解说。
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这是本公司网站里「电路设计的最优解」的技术信息中，关于热对策的基础知识的相关内容整理后的资料。
