熱設計(放熱/断熱)とは

熱設計(放熱/断熱)とは

電子機器の小型化・薄型化及び電子部品の高集積化に伴い発熱密度が増加する傾向にあります。
発生した熱を放熱材を用いることで放熱したり、発熱部品の熱を筐体等の冷却面に伝熱させることで部品温度をさげることを言います。

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熱設計(放熱/断熱)の必要性

下記問題を解決する為に熱設計(放熱/断熱)が必要となります。

多くの電子機器がPCBで構成されており、PCBに実装されている各種電子部品が通電によって発熱する。
その発熱により以下のような問題が発生する。

機能的問題：部品寿命が短くなる
機械的問題：熱膨張による寸法変化等の化学的変化による部品の破損 　　　　　　　　　　　　　　　　
対人的問題：電子機器の高温部への人間の接触等

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伝熱の基礎

熱の流れには3形態があります。

熱伝導：金属等の材料を熱い所から冷たい所へ熱が伝わる現象。
ex.スプーンの先を火であぶると手で持っている部分も熱くなる

対流熱伝達：物体と接触している流体に熱が伝わる現象。
ex.フライパンをガスコンロで温めるとフライパン上の空気が暖まる

熱放射：熱エネルギーが電磁波の形で空間を伝わる現象。
ex.太陽光。太陽の熱は空気を伝わっているわけではなく熱エネルギーが電磁波の形で空間を伝わってくる

上記の熱の流れを考慮し熱設計(放熱/断熱)を行います

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熱伝導率と熱抵抗

熱基本式　　
フーリエの方程式：Q=λ×((ΔT・S)/d)
Q：熱量(W)、λ：熱伝導率(W/m･K)、ΔT：温度差、S：断面積、d：距離

熱伝導率
<<　材料そのものが持っている、熱の伝え易さ　>>
　 *実機装着環境が変わっても、値は変わらない
　 *厚みを薄くすれば、熱は温度差を小さくできる
　 λ(熱伝導率）=(Q・d)/(ΔT・S) 　※d/ΔT=一定

熱抵抗とは
<<　実際の熱の伝わり難さ　>>
　 *熱源との距離、密着度、面積により同じ熱伝導パットでも数値は変わる
　 *大面積、高熱伝導材、距離（厚み）を短くすると小さくなる。
　 R1(熱抵抗)：℃/W=d/(λ・S)

熱伝導率および熱抵抗を考慮し熱設計(放熱/断熱)を行います

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