熱対策ターゲットの絞り込み

全部品の表面積と熱抵抗をデータ化

単体熱抵抗と目標熱抵抗の計算


図1　定量的な放熱設計においては，全部品の外形寸法，消費電力，許容温度を把握し，周長や表面積を計算することで，部品ごとの放熱能力を数値化する．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．［著］国峯尚樹詳細：［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【セッション5】SiC/GaN搭載高エネルギ密度機器・EVインバータの冷却技術

電子機器の放熱設計では，すべての部品について外形寸法，消費電力，許容温度を把握することが重要です．これらのデータをもとに，周長や表面積を計算することで，部品ごとの放熱能力を数値化できます．さらに，単体熱抵抗と目標熱抵抗を算出することで，部品を「自己冷却可能」か「熱対策が必要」かに分類できます．

単体熱抵抗は部品がもつ放熱能力を表し，表面積と熱伝達率から求めます．目標熱抵抗は許容温度と周囲温度，消費電力から計算され，設計上達成すべき性能を意味します．両者を比較することで，冷却手法を検討するための指針が得られます．

部品の外形寸法から周長と表面積を求め，消費電力を表面積で割ることで熱流束を得ます．ここで熱伝達率を考慮することで単体熱抵抗が計算されます．目標熱抵抗は次の考え方で求められます．

このようにして算出された数値を比較すると，単体熱抵抗が目標熱抵抗より大きい場合は自己冷却が可能です．逆に単体熱抵抗が小さい場合は外部の放熱対策が必要です．

計算結果をもとに部品を熱対策マップに配置すると，部品の冷却方法を明確にできます．縦軸に目標熱抵抗，横軸に単体熱抵抗をとることで，各部品の位置付けが整理されます．

基板設計者は基板放熱型部品を，筐体設計者は筐体放熱型部品を担当し，冷却デバイスを要する部品は機構設計やデバイス設計の領域で対応します．部品を熱抵抗マップに配置することで，冷却責任の分担と対策の優先順位を整理できます．

〈著：ZEPマガジン〉

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．