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※熱設計入門1～4動画は、年内までご覧になることができます。まだ視聴されていない方・再視聴されたい方はお早めにご覧ください。
電子機器の小型化、部品の高密度実装、半導体の高集積化などにより熱設計・放熱設計の考え方が変わってきております。本シリーズでは4回に分けて熱設計の変化と最新のトレンドとその課題について解説します。
近年電子機器の小形化、高機能化が進んでいます。そのような中で熱設計も昔と今では様変わりしています。本動画では発熱部品の冷却方式の変遷について解説します。
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実装技術の進化と部品の小型化により、部品の放熱経路が大きく変わってきています。本動画では変化している部品の放熱経路について解説します。
半導体はプロセスルールの微細化により指数関数的に高集積化が進んできました。本動画では半導体の高集積化が発熱に与える影響について解説します。
近年、筐体放熱の電子機器が増えてきています。そのような電子機器では、筐体へ熱を直接放熱させるためのTIM(Thermal Interface Material)が使用されています。本動画ではTIMによる放熱について解説します。
熱による不具合も時代とともに変わってきています。昔は温度が高いと部品が壊れるといったことだけが問題でしたが、最近は事情が変わってきております。本シリーズでは温度が高いと何が問題となるのか、何が起きるのかなど、熱による不具合について4回に分けて解説します。
温度が高くなるとさまざまな問題を引き起こします。そのような問題を整理すると「機能的要因」「機械的要因」「化学的要因」「対人的要因」に分類できます。 それらの問題について解説します。
温度が高いと部品の寿命が短くなり、壊れやすくなります。そのため温度を管理して信頼性を高めることが重要になります。 温度が高くなるとなぜ部品の寿命が短くなるのか解説します。
熱による不具合の中でも特に多い不具合が熱膨張差による機械的なひずみでの熱疲労です。 繰り返しのひずみによりクラックが入り、そこから破壊に至るなど、さまざまな問題を引き起こします。 本動画ではひずみによる熱疲労の説明及びその評価試験について解説します。
使用時にユーザが触れるようなスマートフォンなどの電子機器では、長時間触れていると低温やけどの危険性があります。 近年電子機器の小型化により、小型機器の電力密度も増えており、電子回路の発熱による機器の温度に注意が必要です。 本動画ではやけどに至る温度と時間との関係や表面温度の規格例について解説します。
発熱と温度は熱設計において重要なポイントになります。熱設計の基準は発熱とその発熱によって生じる温度上昇になりますが、なかなか入力である発熱も正確に捉えられていなかったり、温度をどうやって規定するかについても曖昧なところがあります。本シリーズでは４回に分けて、熱設計で肝心な“発熱と温度”について解説します。
投入した電力のどれくらいの割合が熱になるのかは、機器によって異なります。具体的な例としてパソコン、LED、スピーカーを挙げて熱になる割合を説明します。
発熱量は動的に変化するので正確に把握することはなかなか難しいですが、この発熱量を把握することが熱設計の上での基本となります。発熱量を求める方法として「電気的」に求める方法と「熱的」に求める方法があります。それらの方法を具体例を挙げて解説します。
電気的に発熱量を求める方法はシステムが複雑な場合、把握することが難しくなります。また、熱的に求める方法においても、プリント基板に実装された部品などに適用するのは困難です。今回はそのようなプリント基板に実装された部品の発熱量をどのように把握するのか、実際の測定例と発熱量予測ツールについてご紹介します。
部品の温度は熱電対などで測定できるため、発熱量に比べれば単純に把握することができそうですが、その温度をどこで規定するのがその部品にとって妥当な温度管理になるのかが重要なポイントとなります。今回はその温度管理のポイントについて解説します。
熱設計は回路設計や機構設計と比較すると、漠然としたイメージでとらえられがちです。熱設計は伝熱工学がベースになりますが、伝熱工学とはアプローチが異なり最終的なアウトプットは温度の予測ではなく、目標温度を実現するための冷却機構を導き出すことです。本シリーズは４回に分けて、熱設計の進め方について具体的に解説します。
熱設計は温度を測定もしくはシミュレータで予測し、ダメだったら考えるといった「対策型」になりやすく手戻りが増えます。このような「対策型」に陥らないために、最初の段階で概算の見積もりをしておくことが非常に大切になります。概算の温度と構造（形状）の相関関係をつかんでおくことが重要になります。
熱設計の初期段階での概算の見積もりで、最初にやるべきことは、機器全体及び回路基板の熱収支のバランスがとれているか確認することです。どのような冷却機構にすれば熱収支のバランスが取れるのか具体的な計算例やグラフを用いて解説します。
現在は多くの電子機器が面実装型の小型のチップ部品や半導体を基板に搭載して小型化を実現しています。このような面実装型の部品の放熱は基板への放熱が主体となります。この場合の放熱から見た変化点や課題について解説し、プリント基板の放熱設計の重要性について説明します。
熱設計をどのような目標に向かってどのような手順で進めて行くかについて解説します。熱設計の目標は温度ではなく「熱抵抗」です。熱抵抗を目標にして対策を考えていきます。なぜ「熱抵抗」が重要かについて具体的設計目標例を挙げて説明します。
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