放熱設計の第1歩部品単体の熱抵抗管理

放熱器？水冷器？早期検討が成功の鍵

追加表面積による熱対策

電子部品の熱対策は，まず部品単体の熱抵抗を理解することから始まります．単体熱抵抗とは，部品自身がもつ冷却能力を示す指標で，目標熱抵抗と比較することで自己冷却可能かどうかを判定できます．目標熱抵抗よりも単体熱抵抗が大きい部品は，追加の放熱手段が必要な危険な部品です．

自己冷却可能かの判定方法

部品の外形寸法から固有表面積$S_p$を算出し，目標熱抵抗に基づく要求値と比較します．左辺を目標熱抵抗，右辺を単体熱抵抗として比較し，単体熱抵抗が小さい場合は追加対策なしで放熱可能です．多くの部品は表面積だけでは熱を処理できず，追加表面積$S_a$が必要です．

追加表面積による熱対策

追加表面積$S_a$は，部品の表面だけでは不足する放熱能力を補う手段です．具体的には次の方法が考えられます．

1. 基板の配線パターンやビアを活用して熱経路を確保する
2. サーマル・インターフェース材料（TIM）を挿入して筐体に熱を逃がす
3. ヒートシンクの設置によって面積を増やす
4. 水冷システムを導入し，遠隔ラジエータで表面積を稼ぐ
5. ファンなどを組み合わせて強制対流で熱伝達率を向上させる

設計時の考慮点

部品選定後は外形寸法と発熱量から熱抵抗の計算を行い，目標熱抵抗に対して不足がある部品を特定します．放熱器や水冷器の早期検討は，設計の成功に直結します．表面積を増やす，熱経路を確保する，強制対流を併用するなどの基本戦略を組み合わせることで，効率的な放熱設計が可能です．単体熱抵抗の管理は，最終的な筐体温度や周囲部品への影響を抑制する上で欠かせない手法です．

〈著：ZEPマガジン〉

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著者紹介

• 1977年 早稲田大学理工学部 機械工学科卒
• 1977年 沖電気工業に入社．電子交換機やミニコン，パソコン，プリンタ，FDDなどの冷却方式開発や熱設計に従事．その後，電子機器用熱解析ソフトの開発，CAD／CAM／CAEおよび統合PDMの構築などを担務
• 2007年　サーマル・デザインラボを設立．上流熱設計と熱解析の両輪による「熱問題の撲滅」を目指し，製品の熱設計，熱対策支援，プロセス改革コンサルティング，研修などを手がける．

著書

1. ［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. 高密度実装時代の熱設計教科書，トランジスタ技術2020年8月号，CQ出版社．

参考文献

1. ［Book/PDF］デシベルから始めるプリント基板EMC 即答200，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］ Before After！ ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD/KIT］ポケット・スペアナで手軽に！基板と回路のEMCノイズ対策 10の定石，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［KIT］ミリ波5G対応アップ：ダウン・コンバータ，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD/KIT］GPSクロック・ジッタ・クリーナ，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. ［VOD］アナログ・デバイセズの電子回路教室【差動信号とその周辺回路設計技術】，ZEPエンジニアリング株式会社．
7. ［VOD］アナログ・デバイセズの電子回路教室【A-D/D-Aコンバータの使い方】，ZEPエンジニアリング株式会社．
8. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
9. ［VOD］Gbps超 高速伝送基板の設計ノウハウ＆評価技術，ZEPエンジニアリング株式会社．