近年來，在電子產品的設計中，除了小型化、高效化之外，還需要解決與噪聲相關的EMC（電磁兼容性）等課題，與“熱”相關的問題日益凸顯，熱設計已成為重要課題。長期以來，“熱”一直是影響元器件和設備的性能、可靠性以及安全性的重要因素之一，針對為什么如今“熱”問題備受關注，我們采訪了ROHM公司系統解決方案開發本部的安武一平先生。

－這一次想請教您有關熱設計的問題。首先，想請您帶我們回顧一下什么是熱設計以及為什么需要進行熱設計，然后再在此前提下介紹為什么如今“熱”問題會備受關注。

好的。原則上，我將以IC和晶體管等半導體產品為前提來進行相關的介紹。對于半導體元器件來說，其絕對最大額定值是被規定好的，并且與溫度相關的“結溫”，即封裝內部的芯片溫度Tjmax也已經被規定好了。當然，在設計時，需要確保結溫不超過Tjmax。從整個設備看，不僅半導體元器件，電容器和電阻器等也規定了與溫度和功率損耗相關的絕對最大額定值，也必須確保它們不要超過限值。

因此，計算出發熱量，如果結果超過了Tjmax，則降低熱阻或提高散熱性能，以使其在最大額定值之內。這就是熱設計。

如果在設計階段沒有好好處理熱問題，則可能在產品試制階段或甚至要投入量產時發現由熱引起的問題。雖然問題不僅限于熱，但是越接近量產階段，采取對策所需的時間越多，成本也越高，甚至會出現交貨延遲，導致錯失商機的嚴重問題。最壞的情況是市場中出現問題，甚至可能導致召回和信用問題，因此熱設計是非常重要的。從設計初期階段開始，就必須進行高精度的熱設計，這一點至關重要。

－您所講的內容我非常認同。只是，這不是一直以來就有的普遍又基本的問題嗎？為什么近年來會作為一個課題凸顯出來？

簡而言之，這是由于近年來設備和元器件的“小型化”和“高性能化”發展趨勢，使發熱密度增加了，并且在很多情況下，單單采用以往的散熱對策方法和熱計算手法已經無法完全解決這一問題了。

－關鍵點我已經了解了，能否請您更具體地講解一下。

首先希望您認識到的是“技術發展趨勢的變化對熱設計環境更加不利”這一點。此外，前面提到的設備和元器件的“小型化”、“高性能化”以及“設計靈活性”也是息息相關的因素。

－那么請您從“小型化”開始講解。

產品的小型化需求，推動了安裝電路板、IC以及電容器等的小型化。在元器件的小型化進程中，例如封裝在以往TO-220之類的通孔插裝型較大封裝中的IC芯片，如今封裝在小得多的表面貼裝型封裝中的情況并不少見。

此外，還有一些提高集成度的手法。比如可以將兩枚芯片或將相當于兩枚芯片大小的芯片放入本來一枚IC芯片的封裝中。類似這樣的元器件的小型化和高度集成會使發熱量增加。這張顯示溫度分布的圖像是20×20×20mm封裝和10×10×10mm封裝在相同功耗條件下的比較。顯然，小封裝的發熱量更大。同樣，在相同尺寸的封裝中，一枚芯片和兩枚芯片之間的區別也很明顯。

當這樣的元器件被高密度安裝在電路板上時，會使發熱密度進一步增加，并且由于安裝面積減少，有效的散熱范圍也隨之減少，導致整個電路板的溫度升高，甚至還會使附近發熱量很少的其他元器件的溫度也會升高。這張圖像就是這類情況的示意圖，當密集地配置發熱元器件時，整個電路板的溫度會很高。

－“高性能化”會帶來什么影響呢？

為了增加設備的功能，就需要增加元器件的數量，或使用集成規模更大、能力更高的IC，并且由于處理速度和頻率更高，使得功耗增加，最終導致發熱量呈增加趨勢。較高的頻率需要使用屏蔽罩來抑制噪聲，但是熱量會滯留在屏蔽罩內部。并且，很難以提高性能為理由而擴大外殼尺寸，因此會導致殼體內部的密度增加，殼體內部的溫度上升，并且很難散熱。

－“設計靈活性”是指什么？

為了時產品與眾不同并提高好評度，越來越多的產品開始重視設計。在某些情況下，甚至會優先考慮產品的設計靈活性。事實上，發生過因進氣孔和排氣孔未能配置在適當的位置而導致殼體內部溫度升高，從而引發問題的案例。為了提高元器件的設計靈活性，即外形的自由度，可采用小型或扁平的方式，即便如此，優先考慮設計靈活性的產品不在少數。

由于“小型化”、“高性能化”和“設計靈活性”的發展而導致發熱量增加，并且散熱越來越難，熱設計面臨著比以往更大的挑戰。

（未完待續）

審核編輯黃宇