Excel活用のススメ 早期の放熱器の要否判断

初めの一歩！熱抵抗による部品の仕分け

仕上がりに影響大！放熱対策レベルを先読み

電子部品の放熱対策を適切に行うためには，熱抵抗の観点から部品を分類することが重要です．部品ごとの消費電力，表面積，熱流束，単体熱抵抗を計算し，目標熱抵抗と比較することで，どのような対策が必要かを判断できます．

1. 単体熱抵抗＜目標熱抵抗の場合:自己冷却が可能なため，特別な対策は不要
2. 単体熱抵抗＞目標熱抵抗の場合:対策が必要
3. 目標熱抵抗＞30K/Wの場合:基板冷却での対策が可能

自己冷却が難しい部品は，さらに「基板放熱型部品」「放熱器が必要な部品」に分類し，それぞれ適切な放熱手段を講じる必要があります．

基板放熱が可能な条件

基板を利用した放熱が可能かどうかを判断するには，基板の熱抵抗と部品の配置条件を考慮する必要があります．以下の要因が基板放熱の限界を決定します．

1. 部品の周囲に十分な放熱スペースがあるか
2. 部品の周長 $L$ が大きいか
3. 基板の残銅率が高く，等価熱伝導率 $\lambda_e$ が高いか

これらの条件を満たせば，基板放熱による冷却が可能になります．ただし，目標熱抵抗が非常に低い場合は，基板放熱だけでは対応しきれず，放熱器や冷却ファンの追加が必要になることがあります．

放熱器の必要性判断

放熱器の必要性は，目標熱抵抗と単体熱抵抗の関係から決定されます．一般的に，目標熱抵抗が1桁台（10K/W未満）の場合，放熱器の使用が推奨されます．

1. 目標熱抵抗が大きく，基板放熱で対応可能な場合:放熱器不要
2. 目標熱抵抗が小さく，基板放熱では不十分な場合:放熱器が必要
3. 高発熱部品（CPUやパワー・デバイスなど）:放熱器が必要

インダクタやトランスなどの部品は発熱量が多く，自己放熱能力が低いため，放熱器の使用が推奨されるケースが多くなります．〈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．