温度試験・湿度試験と故障要因

温度試験・湿度試験と故障要因

温度試験、湿度試験で発生する一般的な不良要因をまとめました。信頼性試験の計画・評価の参考にしてください。
あくまでも代表的な要因ですので、不良発生時の原因調査が重要になります。

化学反応の促進
温度が上昇することで原子・分子の活動が活発になり、材料レベルでの変質・変形が促進され製品寿命に影響を与えます。
異種金属を接合した場合に発生する熱拡散現象なども、温度を加えることにより原子の持つエネルギーが大きくなり現象が促進されます。


材料特性の変化
ゴム・樹脂材料など温度により強度などの材料特性が変化することは容易に想像できます。高温では疲労限界が低下し、疲労破壊に対する寿命耐性が低下することが予想されます。
金属材料でも、はんだなどの低融点金属を高温に置いた場合、この傾向が顕著に現れ注意が必要です。


電子部品の特性変化
抵抗器など温度により、その値が変化するのは良く知られた事例です。
特に集積回路(IC)などで、温度が上昇すると電流が流れやすくなり発熱が進み、更に電流が流れやすくなり止まることなく素子が発熱する熱暴走と呼ばれる状態に至ることもあります。


膨張・収縮による寸法の変化
膨張・収縮により設計した寸法許容値を超える場合があります。
また異種材料を接合した部分では、膨張率の違いにより歪みや剥離を生じる事もあります。


潤滑剤などの特性変化
低温では駆動部分の潤滑剤の粘性が増し、設計以上のトルクが必要になることがあります。
高温では潤滑剤が必要部分から流出し、潤滑効果を失う事例もあります。


自己発熱による温度上昇
電子機器などで作動による自己発熱があり、十分な放熱が行われない場合、周辺温度＋自己発熱で材料・部品の許容上限温度を超えることがあります。

加水分解
エステル結合、エーテル結合を含む樹脂が吸湿することにより、結合の部分で分子鎖を切断し、材料強度の低下をまねきます。


電気的絶縁性の低下
絶縁体が吸湿すると絶縁性が低下します。
絶縁性が低下することによる電子回路の誤動作は当然考えられますが、絶縁性の低下により微少電流が流れることにより発生する電解腐食なども問題となります。


結露の発生
温度や湿度が変化した場合に、空気中の水分が結露となって供試品表面に発生することがあります。結露の場合は湿度と言うよりは水に浸したのと同様になりさまざまな不具合を発生します。


錆の発生
金属表面に水の分子が付着すると金属を酸化させます。いわゆる錆の発生です。


静電気の発生（低湿度環境）
低湿度環境では水分に起因する不良は少なくなりますが、静電気が発生しやすい環境になりますので静電気による不良発生が予想されます。

一定量の空気の中に含まれる水蒸気の量は温度によって限界があります。暖かい空気の方がたくさんの水蒸気を含むことができますので、暖かい空気が冷却されると水蒸気の限界量を超えて水になります。この水が物の表面に露となることを結露と言います。


結露の発生する主な状況
１日の気温差による結露 昼夜の温度差の大きな場所、高湿度の場所で使用される物には結露の注意が要ります。


可搬型の機器に発生する結露
携帯電話、カメラになど可搬型の機器を、冷たい部屋から暖かい部屋へ持ち込んだ場合、冷たい機器の表面では空気が冷却され結露になります。
冷却源や発熱体機器に発生する結露 携帯電話、カメラになど可搬型の機器を、冷たい部屋から暖かい部屋へ持ち込んだ場合、冷たい機器の表面では空気が冷却され結露になります。


封止空間に発生する結露
密閉型の機器、モジュールなどでは封止したときの環境条件より低い温度で使用されると内部で結露する可能性が出てきます。
完全に封止されていなくても、カバーなどで空気の流れが制限される空間では、温度変化により結露を発生する可能性があります。結露により発生する不良は湿度による不良症状に加え、水を直接滴下したのと同じような不良が発生します。結露をさせない対策、結露しても不具合を生じない対策が求められます。