クルマやスマホの筐体放熱術

部品上面接触，基板裏面接触，部品の反転取付

筐体放熱の基本概念

電子部品の発熱を制御するため，筐体を熱経路として活用する方法が広く用いられています．部品の放熱経路は主に部品上面，基板裏面，部品の反転取付の3種類です．これらの方法により，部品から筐体へ直接熱を逃がすことができ，基板や内部空気の温度上昇を抑制できます．放熱効率は部品の種類や配置によって変化するため，適切な手法を選択することが重要です．

部品上面接触による放熱

部品上面を筐体に接触させる方法は，主にロジック・デバイスで採用されます．上面から熱を逃がすことで熱抵抗が小さくなり，部品自身の温度を下げながら周囲の基板や空気への影響を最小化できます．上面接触には柔軟性のあるTIMを用い，隙間ばらつきに対応するとともに，接触圧力を適切に確保します．部品の配置やTIMの特性に応じて，温度分布の均一化が可能です．

基板裏面接触と部品反転取付

基板裏面からの放熱は，パワー・デバイスや高発熱部品で有効です．基板に熱を通すだけでなく，裏面に筐体接触を設けることで効率的に熱を逃がせます．部品の反転取付は，BGAパッケージなどの集積回路で用いられます．部品を反転させて筐体に接触させる方法では，柔軟性の高い低硬度TIMが必要です．また，位置保持のしくみを組み合わせ，接触圧力を適切に維持します．これにより裏面放熱の利点を最大限に活かせます．

放熱設計の実務的手法

1. 部品上面または基板裏面を筐体に接触させて熱経路を確保する
2. 反転取付を採用する場合は低硬度のTIMを使用する
3. 接触面の位置保持や固定方法を工夫する
4. 複数部品が存在する場合は筐体接触の順序や位置を最適化する
5. 基板配線やビアを含めたトータル熱抵抗を最小化する

筐体放熱は車載電子機器やスマートフォン，デジカメなど密閉機器で広く利用されています．部品の上面接触，基板裏面接触，反転取付の方法を組み合わせることで，部品温度の低減と周囲環境への影響の抑制を両立できます．放熱設計では各手法の特徴を理解し，部品構造や筐体材質に応じた適切な配置が重要です．

〈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．