5G関連機器を中心とした今後の熱対策

次世代高速通信「5G」がいよいよ本格的な普及を目の前にしています。5Gはスマホだけの話ではなく、自動車 (CASE) や産業機器、医療機器、FAなどあらゆる分野の礎となる技術です。5Gはその高速性から大きな発熱を伴います。このことはすべての業界において熱対策が重要なってくることを意味します。熱は身近な現象であり、感覚でとらえることができるものの、定量化しようとすると極端に難しくなります。このため、設計上流では熱を考慮せず、「シミュレーションや試作評価で問題があったら対策を行う」という流れが定着しています。この方法では出荷間際で熱問題の解決に四苦八苦することになります。本講では伝熱の基礎から熱対策の実践方法まで幅広く解説します。

1. 産業分野と冷却技術の動向
   • 5Gが及ぼす影響分野
     • 通信
     • 自動車
     • 家電
     • 生産 etc.
   • 熱を制しないと機能・性能が発揮できない時代に
   • 冷却技術の多様化
     • TIM
     • 冷却デバイス
     • 空冷
     • 水冷
     • 蓄熱
2. 伝熱の基礎知識
   • 熱移動のメカニズム・基礎方程式とパラメータ
3. スマホ・タッチバッド (伝導冷却)
   • 熱伝導による放熱の指針伝導面積と距離、熱伝導率
   • 2種類の放熱材料 (ヒートスプレッダーとTIM) をうまく使う
4. 高密度実装基板の冷却
   • 設計初期段階で部品を3タイプに分類する
   • 基板の熱伝導で冷却する部品銅箔による熱拡散
   • 内層とサーマルビアの効果を見極める
5. 高発熱部品の冷却
   • CPU
   • GPU
   • パワーアンプ
   • 自然空冷ヒートシンクの選定と設計手順設計パラメータと熱抵抗
   • 強制空冷ヒートシンクの設計手順ファン・ダクトの組み合わせ
6. エッジコンピュータ機器 (自然空冷)
   • 自然空冷機器熱設計のポイント通風孔設計
   • 開口面積と位置の適正化
7. エッジコンピュータ機器 (強制空冷)
   • ファン選定と流路設計
   • PUSH型 PULL型の選定とメリット・デメリット
8. 高発熱クラウドサーバー (液冷方式)
   • 液冷システムの熱抵抗構成