製品の大電力化に伴って、放熱設計の課題はございませんか？
本記事では、放熱設計の重要性をおさらいし、放
熱効果を高める TIM 材の実測効果をご紹介します。市場製品を分解調査した熱対策実例も掲載しておりますので、
ぜひご覧ください。
このカタログについて
| ドキュメント名 | 【 熱くなるなよ 】 放熱設計～実測で語る TIM 材・熱対策 |
|---|---|
| ドキュメント種別 | ホワイトペーパー |
| ファイルサイズ | 1.1Mb |
| 取り扱い企業 | 株式会社リョーサン (この企業の取り扱いカタログ一覧) |
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このカタログの内容
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【熱くなるなよ...】
放熱設計～実測で語るTIM材・熱対策
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放熱設計～実測で語るTIM材・熱対策
製品の大電力化に伴って、放熱設計の課題はございませんか？ 本記事では、放熱設計の重要性をおさらいし、放
熱効果を高めるTIM材の実測効果をご紹介します。市場製品を分解調査した熱対策実例も掲載しておりますので、
ぜひご覧ください。
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製品寿命を縮める熱の影響
熱設計は、部品定格や認定規格を守ることはもちろん、お客様に製品を長くお使いいただくためにも重要です。半
導体などの電子部品の多くは熱に弱いため、熱は製品寿命に影響を及ぼします。一方で熱対策の強化は、製品
の形状デザインやコストにも影響します。製品に求められる特性に応じて、それぞれのバランスをとった設計が必要
です。
1. 半導体の温度と故障率
半導体の故障要因となる変質は、高温環境で加速します。使用環
境温度が40℃の時の故障率を1とした場合、温度が60℃になると
故障率は10倍、温度が80℃になると故障率は100倍と、加速度
的に故障率は増大します。
これは「アレニウスの法則」に基づく半導体の温度と故障率の関係
として、広く知られている傾向です。
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製品寿命を縮める熱の影響
2. 電解コンデンサの温度と寿命
電子回路で使用される電解コンデンサは、製品寿命のボトルネックに
なるケースが多くあります。一般的な電解コンデンサの劣化速度は、「
10℃ 2倍則」と言われています。
このグラフは、電解コンデンサ（105℃ 10,000h保証品）の寿
命の温度特性例です。85℃の時の寿命40,000hに対して、95℃
では20,000h、105℃では10,000hと、10℃ごとに寿命は半分に
なります。
電解コンデンサは、基板上で電流が大きく流れる（変動する）回
路の近くに配置されることが多いため、その大電流による熱を受けや
すい部品です。製品寿命への影響が大きく、特に注意が必要な部
品です。
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冷却方式の種類
発熱体（半導体など）の冷却方式をご紹介します。下表に示した「自然空冷」、「強制空冷」、「水冷」の方式
が一般的に用いられています。このほかに「液浸」、「熱電」などの方式もあります。
ヒートシンクによる冷却効果を高める材料として、TIM（Thermal Interface Material）材があります。具
体的には、熱伝導シート、グリス、GapFillerなどの材料で、冷却性能の向上には欠かせないものになっています
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TIM材による放熱性向上
1. 放熱構造
TIM材の有無による放熱構造の違いを、断面図を用いて説明します。
◆ TIM材なしの放熱構造
発熱体（半導体など）へヒートシンクを直接載せます。発熱体から
の熱がヒートシンクを通じて周囲に放熱されることで、発熱体の温度が
下がります。
一定の冷却効果を得られますが、発熱体やヒートシンクの表面には
細かな凹凸があり、実際には図示した空気層が存在します。発熱体
とヒートシンクが完全には密着していないので、発熱体の熱をヒートシ
ンクへ十分に逃せていない状態です。
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TIM材による放熱性向上
1. 放熱構造
TIM材の有無による放熱構造の違いを、断面図を用いて説明します。
◆ TIM材ありの放熱構造
発熱体とヒートシンクの間に、TIM材を挟みます。TIM材は、発熱
体とヒートシンクの表面凹凸部にも入り込んで密着します。
TIM材は空気よりも熱伝導性に優れているため、発熱体の熱はヒー
トシンクに十分に伝わります。ヒートシンクによる冷却効果がより発揮さ
れ、発熱体の温度がさらに下がります。
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もっと詳しく知りたい方へ
弊社テクラボサイトの『【熱くなるなよ...】放熱設計～実測で語るTIM材・熱対策』をご覧ください。
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INDEX
1. 製品寿命を縮める熱の影響
2. 冷却方式の種類
3. TIM材による放熱性向上
4. 車載DCDCコンバータの熱対策実例
5. まとめ
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