基板放熱を利用した熱設計技術

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本セミナーでは、基板放熱を活用した放熱対策と熱設計手法について解説いたします。

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プログラム

第1部 基板放熱を活用した放熱対策と熱設計手法

(2025年12月12日 10:00〜11:30)

　熱対策はヒートシンクやファンなどの冷却部品を使って、特定の高発熱デバイスを冷やすことを中心に進められてきた。しかし、部品の小型化や基板の高密度化が進み、配線ジュール発熱も増加し、今や熱対策のウエイトはプリント基板に移っている。 　プリント基板は多数の熱源がカップリングするためその温度予測が難しい。このため、熱流体シミュレーションに頼った設計になり、上流での設計手法が確立されていない。ここではプリント基板の熱設計の進め方、定石などについて解説する。

  1. 部品の小型化と熱設計のトレンド
    1. 体の進歩と熱問題
    2. 基板熱設計が重要となった背景
  2. 電子機器の放熱経路と熱対策
    1. 基板の放熱が果たす役割
    2. 部品の内部熱抵抗と注意点
  3. プリント基板の熱設計の考え方
    1. 熱流束で厳しさを評価する
    2. 熱抵抗を使った部品の評価
    3. 目標熱抵抗と単体熱抵抗で部品を仕分けする
    4. 部品仕分用Excelツールと事例
  4. 部品温度を下げるための対策
    1. 配線パターンの放熱利用
    2. グランドプレーンの放熱利用
    3. サーマルビアの設け方
    4. 部品の相互影響は重ね合わせで考える
  5. 基板実装部品をTIMで冷却する
    1. TIMを使った基板放熱方法
    2. TIMの種類と使い方事例

第2部 複合材料の熱伝導率の考え方と測定・解析技術

(2025年12月12日 12:10〜13:40)

　近年、電子機器の小型化・高性能化が加速的に進み、放熱設計が非常に重要になっている。また、電子機器には、TIMや基板等、多くの複合材料が用いられており、これらの熱伝導率を正確に評価することは、精度の高い放熱設計を実現する上で不可欠である。 　本セミナーでは、複合材料の熱伝導率の考え方、熱伝導率測定方法、熱伝導率の評価式、熱伝導率に関する有限要素解析事例について解説する。

  1. 複合材料の熱伝導率の考え方
    1. 不均質材料の熱伝導の考え方
    2. 熱伝導率と微視構造の関連性
    3. 熱伝導率におけるパーコレーション現象
  2. 熱伝導率測定方法の原理
    1. 試験規格の分類
    2. 定常法
    3. 非定常法 (過渡法)
  3. 複合材料の熱伝導率評価
    1. 粒子分散複合材料の評価式
    2. 織物複合材料の評価式
  4. 代表体積要素 (RVE) モデルを用いた複合材料の熱伝導率に関する有限要素解析
    1. 粒子分散複合材料の解析事例
    2. 織物複合材料の解析事例

第3部 サーマルビアを利用した基板の放熱性能の向上と基板の放熱性評価技術

(2025年12月12日 13:50〜15:20)

　プリント配線基板の放熱性能の評価方法、サーマルビアを効果的に利用するための工夫、サーマルビアと内層パターンの接続性が基板の放熱性能に与える影響について解説します。

  1. はじめに
    1. 基板放熱の重要性
    2. サーマルビアと内層パターンの放熱への期待
  2. 基板の放熱性能評価方法
    1. 実測による評価
      1. 一般的な評価方法
      2. JPCA法
      3. 高熱伝導基板用定常法熱抵抗計測
    2. 解析による評価 (熱伝導解析)
    3. 解析による評価 (熱回路網法)
  3. サーマルビアの放熱性能評価
    1. 実験による評価
    2. 熱回路網法による評価
  4. 内層パターンの放熱性能評価
    1. 熱伝導解析による評価
    2. 熱回路網法による評価

第4部 小形チップ部品のための基板放熱設計の基本と対策事例

(2025年12月12日 15:30〜17:00)

　近年、小型化・高機能化が進む電子機器では基板放熱を活用した熱設計の重要性が増しています。半導体などの高発熱部品に限らず、チップ抵抗器のような1W未満ながら熱密度の高い小型チップ部品では、基板放熱の不足による温度上昇トラブルのリスクが高まっています。 　本講演では、基板放熱設計の基本的な考え方を基に、小形チップ部品の実装面積を抑えつつ放熱性を確保するためのポイントについて、シミュレーションや実験結果を交えて解説します。また、基板熱設計に役立つ文献、ツールについてもご紹介します。

  1. 電子機器の小形化と小形チップ部品の熱問題
    1. 部品の小形化と高電力化の推移
    2. 汎用チップ抵抗器と高定格電力チップ抵抗器での基板温度上昇の違い
    3. 表面実装抵抗器の端子部温度規定とは?
  2. 基板放熱設計の指針
    1. 部品の小形化・高電力化で基板を小型化できる?
    2. 熱設計の重要な指標 “熱抵抗”
    3. 部品の仕分け方 目標熱抵抗と単体熱抵抗
  3. 基板放熱対策事例 シミュレーションと実験による確認
    1. 基板放熱対策事例
      • シミュレーションによる検討
    2. 片面基板の場合
      • 表層パターン
      • 部品レイアウトの影響
    3. 多層基板の場合
      • 内層ベタパターンの影響
    4. 基板放熱対策事例
      • 実験による検討
    5. 基板放熱の事例
    6. 筺体放熱の事例
  4. 基板熱設計に利用可能なツールの紹介
    1. プリント基板熱設計ガイドライン JEITA ETR-7034
    2. 部品温度の概算ツール: 抵抗器温度分布シミュレータ
    3. チップ抵抗器基板熱抵抗データ

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