電子機器における熱対策の基礎と熱設計・対策技術

近年、あらゆる機器のIoT化が進展し、屋内外を問わず電子基板を搭載する装置が増大しています。これまでも各種電子機器に電子基板は実装されていましたが、半導体の高性能化に伴い発熱量が増大し、熱対策 (熱設計) の重要性が増しています。機構設計 (メカ設計) 、回路設計 (エレ設計) 、ソフトウエア設計の各開発段階で熱対策を講じることはできますが、ソフトウエア制御による対策は機器本体の性能に影響を及ぼす場合があり、メカおよびエレ設計による工夫、すなわちハードウエアによる対策が求められます。 　本講座は、ハードウエアによる熱対策で定評がある講師が、機構および構想設計の視点を基板および回路設計の視点を融合した熱対策の手法を提案します。具体的には、電子機器の熱設計の最新トレンドのほか、放熱を促す設計手法や材料の活用法、放熱性を最大限に発揮する放熱・断熱要素を組み込む手法を解説します。併せて、電源回路素子の発熱ややバッテリー大電流回路での発熱など、よく遭遇する不具合事例と対策方法につきましても具体的に解説します。

1. 会社/講師紹介
2. 熱の三原則と電子機器の熱設計トレンド
   1. 熱の三原則
      • 伝導
      • 対流
      • 放射
   2. 最近の熱設計トレンド (小型電子機器)
   3. ペルチェ素子と原理
3. 回路/基板による熱設計と対策
   1. 電子回路の発熱とその仕組み
   2. 信頼性を設計する〜発熱と故障、ディレーティング〜
   3. 発熱の削減技術
      1. 低抵抗化 (デバイス選定、駆動方法、回路上の工夫など)
      2. 低電圧化 (FPGAやCPUなどで使われる低消費電力化技術とIOでの注意点)
      3. 低速化 (クロック制御 (ソフトウェア制御) による熱マネージメント)
   4. 半導体の放熱設計〜放熱と熱抵抗〜
      1. 半導体素子の熱設計 熱抵抗と放熱経路の基本
      2. 実際の機器での放熱 放熱器 (ディスクリート素子) /放熱パッド/ヒートスプレッダ
4. 回路 不具合事例
   1. 電源回路素子発熱に伴う周辺部品温度上昇
      • 輻射熱による温度上昇に起因する不具合
   2. MOS FET電源ON/OFF回路における電源電圧変動によるON抵抗の変化と制御素子の発熱
      • バッテリー (Li系) 大電流回路等での不具合
   3. 放熱パッド付面実装電源ICにおける温度上昇
      • 放熱不足:熱伝導 (伝達) 経路設計の不備による不具合
5. 構造熱設計の勘どころ
   1. TIM (Thermal Interface Materials) の種類と特徴・使い分けのコツ
      • 放熱シート
      • サーマルグリス
      • 両面テープ
   2. 放熱材料
   3. 放熱、断熱、耐熱、遮熱
   4. 低温火傷
   5. 放熱検討部位とそのポイント
6. 熱構造設計に起因する不具合事例
   1. 熱対策は設計初期からか、不具合がわかってからか
   2. グラファイトシートの使い方間違い
7. 熱シミュレーション (CAE)
   1. 熱抵抗 (計算)
   2. シミュレーションのコツと解析結果の考察方法
      1. 簡易熱CAE (熱分布)
      2. パワーモジュール熱CAE
8. まとめ
• 質疑応答