クルマ向け超低硬度TIM：大型電子部品の放熱

形状さまざま！インダクタやキャパシタの冷却

クルマ向け超低硬度TIMの役割

大型電子部品や凹凸のあるインダクタ，キャパシタでは，筐体との接触面が不均一になることがあります．超低硬度TIMを活用すると，柔らかいシートが部品表面に密着し，効率的に熱を筐体に伝達できます． 密閉筐体では，部品どうしが接触していないと放熱が不十分となり，内部温度が上昇します．ファンで筐体外側を冷却しても，接触が取れていない部品は冷却されません．

TIM適用の実装事例

インダクタやキャパシタの冷却では，部品形状に合わせてTIMを加工する必要があります．海外の車載機器では，TIMをカットして不要部分を除き，熱を逃がす部分だけに密着させる設計が行われています．アルミ電解キャパシタでは，上面からTIMで放熱することでもっとも効率よく冷却できます．ドーナツ型TIMを利用することで，防爆弁の機能を保持しつつ熱を逃がす工夫がされています．

熱設計とThermocalcの活用

ThermocalcはExcelベースの熱設計計算ツールで，基板や筐体の熱挙動をシミュレーションできます．密閉筐体内の部品温度を予測し，必要な放熱手段を検討する際に使用されます．熱回路網法を用いて，部品の配置やTIMの厚み，熱伝導率を考慮して温度分布を計算します．

実装上の検討ポイント

1. 部品配置：FETやインダクタ，キャパシタを筐体に壁付けし，熱を直接伝達する
2. TIM厚み：部品上面に2㎜厚，熱伝導率3W/mKのTIMを設ける
3. 筐体との接触：部品裏面側にもTIMを配置し，筐体側に肉盛を設けて隙間2㎜程度で放熱
4. 冷却効果：部品温度は壁付けとTIMにより122℃程度まで低減
5. 部品形状対応：背の高い部品や凹凸のある部品も柔らかいTIMで密着

自然空冷だけでは基板温度が高くなり，完全壁付けによって筐体に熱を逃がすことが重要です． 部品周囲に適切な放熱空間を確保しつつ，TIMを介して筐体へ熱を伝達する設計が求められます． これにより，小型密閉機器でも部品表面温度を許容範囲内に制御できます．

多様な部品形状への対応

インダクタやキャパシタのように平らでない部品も，柔らかいTIMを用いることで筐体と接触させて放熱可能です．車載インバータやモータ・コントローラでは，各部品に適切にTIMを配置し，背の高い部品は逃げる設計が採用されています．この手法により，放熱効率を確保しつつ，部品の安全性や機能を損なわない冷却が実現されます．

〈著：ZEPマガジン〉

動画を見る，または記事を読む

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．