熱シミュレーション（熱解析）
電子機器は小型化、軽量化、薄型化を要求されており、デバイスだけではなく基板を含めた熱設計が重要となっています。 当社では要望されるお客様に対し、熱シミュレーションを実施することが可能です。熱シミュレーションの事例
- プリント基板の温度分布
- 検討項目：回路幅、銅箔厚み、電流、基板材質、基板厚み、基板面積、層構成、周囲条件（自然対流、強制対流等）、実装部品（LED、FETなど）
- プリント基板の時間対比における温度変化
- 半導体での定常的・経過的なジャンクション温度変化
- プリント基板内回路の電流密度の分布
- 所定形状の筐体内にプリント基板を実装した場合の、筐体内の温度分布、空気の対流状況
- プリント基板にヒートシンクを取り付けた場合の温度変化
- 最も効果的なヒートシンクの形状、フィンの数、間隔
- 空冷用ファンはどのような特性を持つものがよいか
- 筐体に設ける最適なルーバーの形状、数量
プリント基板設計における熱解析の重要性
例1：電流、回路幅、銅厚の関係の一例
例2：基板、ヒートシンクの温度分布、速度分布
例3：FETジャンクション温度の過渡応答
例4：ヒートシンクの最適化
例5：材料違いによる最高温度の違い
よくあるお問い合わせ
電流○○Aを流すためには、銅線幅、銅厚はいくつになるか。
- 課題
- 放熱条件がわからないと温度上昇を計算できない。
- 許容温度上昇をいくらにするか決めないと温度上昇を計算できない。
- 対応案
- 基本的にお客様より放熱条件を掲示いただいていますが、難しい場合、当社で放熱環境を設定し提示することは可能です。
提示した基板での温度上昇はいくらになるか。
- 課題
- 放熱条件がわからないと温度上昇を計算できない。
- 対応案
- 基本的にお客様より放熱条件を掲示いただいていますが、難しい場合、当社で放熱環境を設定し提示することは可能です。
- 課題
- ベタパターンやスルーホールにおける放熱特性を検討しなければならない。
- 基板サイズおよび回路間隔によるディレーティングも考慮しなければならない。
- 対応案
- 実際の回路パターンに即した熱伝導解析が必要なため、モデル化が重要です。
- 課題
- パルス入力に対する温度上昇では過渡的解析が必要。
- 対応案
- 非定常熱伝導解析の実施をお勧めいたします。
樹脂基板とメタル基板との温度上昇の違いを提示してほしい。
- 課題
- メタル基板の熱伝導特性を定量的に把握しなければならない。
- 樹脂/メタルベース/メタルコアなどの違い
- メタル厚み
- 絶縁材 など
- 対応案
- 非定常熱伝導解析により、基本的特性は解析可能です。
提示した回路図で、最適な基板構成を提案してほしい。
- 課題
- 発熱体の位置、電流経路を抑え、熱シミュレーションしなければならない。
- 放熱板、放熱用ベタパターン、ヒートシンク等に対する熱シミュレーションが必要。
- 絶縁材の選定、その効果について検討が必要。
- 発熱体の取り付けについて、接触抵抗を加味したディレーディングが必要。
- 対応案
- 熱伝導解析および熱伝導解析の実験によるパラメータ同定が必要となるため、お客様と共同でデータを蓄積していく必要があります。場合によってはPCB CADとの連携も必要です。
- 課題
- インバータに関しては、スイッチング損失、過電流損失、表皮効果なども考慮しなければならない場合あり。
- 対応案
- 厳密に解析するには、「電磁界解析」と連動した解析の実施が必要です。
ある基板の温度を下げるために、どの程度の風量で冷却すればよいか。 また、ヒートシンクを使う場合、どのようなヒートシンクでどのように冷却すればよいか。
- 課題
- 基板形状、発熱体位置、流体外形、ファン位置、使用環境などの形状データに基づく3次元形状での熱解析をしなければならない。
- 対応案
- 3D CADと熱流体解析を連動してシミュレーションを行います。場合によってはPCB CADとの連携も必要です。