ICの放熱経路90$\%$は基板へ

パッケージ3種を比較//PBGA/QFP/QFN

ICパッケージの放熱経路の基本

ICの発熱源からの熱は，実装基板側に逃げる割合が90$\%$以上です．放熱はトップ面，サイド面，ボトム面の3つの経路にわかれますが，自然空冷条件下ではボトム経由で基板に伝わる熱が圧倒的に多くなります．これはPBGA，QFP，QFNといった代表的なパッケージで共通する傾向です．

PBGA，QFP，QFNの比較

PBGAパッケージは底面にボールが配置され，熱は主に基板側に逃げます．トップ面やサイドからの放熱は少なく，パッケージ・サイズが大きくなるほど基板への熱伝達効率が高まります．QFPパッケージではリードが4面に出ており，サイド面からも少しの熱が逃げますが，上面からの放熱は10$\%$以下であり，放熱の中心はボトム面です．QFNパッケージはリードがなく，ボトム面が直接基板に接するため，もっとも熱が効率よく基板に伝わります．

放熱挙動の特徴と設計上の考慮点

パッケージ・サイズが小さい場合，チップとリードが近接しておりサイドからの放熱割合が増えます．サイズが大きくなるとチップ面積が増加し，ボトム面経由で基板に逃げる熱が増加します．どのパッケージでもトップ面からの放熱は10$\%$以下であり，残りの熱はサイドおよびボトムを通じて基板に伝わります．設計者はパッケージ・サイズやチップ構造に応じて基板側の熱設計を最適化する必要があります．

熱伝達の最適化

1. 基板側への熱経路を優先して放熱設計する
2. パッケージ・サイズやチップ・サイズを考慮して放熱面積を確保する
3. サイドおよびボトム経由の熱抵抗を最小化する
4. QFNでは直接基板に接するボトム面を有効活用する
5. QFPではリードによるサイド放熱の影響も考慮する

放熱割合はPBGA，QFP，QFNで異なるものの，いずれも90$\%$以上が基板側へ逃げる点は共通しています．基板の層構成や配線，実装密度に応じて放熱経路を理解することで，ICの信頼性と寿命を確保できます．

〈著：ZEPマガジン〉

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チャプタ・リスト

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．