5 Wに設定し熱解析した結果です。部品と基板の界面の熱コンダクタンスを6, 000(W/m 2 ・K)。部品や基板からの空気中への熱伝達を対流のみの 5 (W/m 2 ・K) 。等価熱伝導率を 1、10、20、30 (W/m・K)に変えた時の熱分布の違いです。等価熱伝導率が大きくなればなる程、発熱する部品が周りの電子部品に与える影響が大きくなります。ただし、熱伝導率 10 (W/m・K) と 30 (W/m・K)で発熱部品の温度差は 3. 91 ℃ で、熱を受ける部品の温度差は 1. 53℃です。この差が影響するような解析なら回路基板をさらに正確にモデル化する必要がありますが、概ね通常の解析では回路基板の熱伝導率が10 (W/m・K)なのか15 (W/m・K)なのかは大きく問題にならないように思います。必要な精度が解析できる程度の等価熱伝導率を設定できれば問題ないということです。また、これは解析というよりパターン設計(放熱)の話になりますので参考までということで。 等価熱伝導率のCAEへの適用について 等価熱伝導率は基板全体を平均的な熱伝導率に置き換えるので、基板のパターンの分布のかたよりや部品の配置との関係で一概に正しい解析になるとは言い難いです。概ね基板の状態を表せていると思います。Fusion360の場合は厚み方向と面内方向で別々な熱伝導率を設定するこたができませんので、面内方向の等価熱伝導率では厚み方向の熱伝導に対して過剰になってしまいますが、実際は放熱が必要な部品にはスルーホールで熱パスを設定しますので、逆にスルーホールをモデリングした方が現実をよく表せると思います。また、伝熱に関しては、部品と基板の接触面の熱コンダクタンスの方が影響が大きいと考えられるのでFusion360での定常熱解析では等価熱伝導率を採用することで十分だと思います。 私個人的な範囲での経験の話ですので参考程度と考えて下さい。 参考リンク Fusion 360 関連記事
last updated: 2021-07-08 AUTODESK Fusion 360 のCAE熱解析 Fusion 360 のCAEのひとつ「熱解析」では、「熱伝導」、「熱伝達」、「熱放射(輻射)」の各状態(図1)を表すために熱コンダクタンスなど各条件の設定が必要ですが、各材質の熱伝導率は材質の設定の中に予め設定されているので、対象部品に材質を設定していればその材質の熱伝導率が適用されています。ですので自分で材料の熱伝導率を設定(変更)する場合は、マテリアルの熱伝伝導率の設定を編集して変更します。回路基板については回路パターンの状態や厚みなどの条件でみかけの熱伝導率(等価熱伝導率)が変わりますが、Fusion 360 では「熱伝導率」としてしか設定できません。そこで、参考に私が使用している基板の熱伝導率をシミュレートする方法を以下に記載しましたので使えるようならばどうぞ。 図1. 熱の伝わり方 回路基板の熱伝導率 回路基板の小型化、高密度化による多層基板は、ガラスエポキシを基材としたFRー4が多く一般的に使用されています。熱解析を実施する際の基板の熱伝導率設定はFR-4の場合 材質の熱伝導率 0. 伝熱の基礎とExcelによる熱計算演習講座＜PC実習付き＞【LIVE配信】 | セミナーのことならR&D支援センター. 3~0. 5 (W/m・K)を設定しますが、実際には、回路パターンは銅であり熱伝導率は 398(W/m・K)と大きいため実際の熱の伝わり方をシミュレートするにはパターンの影響を考慮する必要があります。回路パターンの状態やパターンの厚み、スルーホールの状態等によって回路基板の場所により熱伝導率は違っています。実際の回路パターンや基板の積層までを精細にモデル化して解析するのが良いのかも知れませんが、モデルが複雑になればそれだけ計算の負荷が大きくなり現実的ではなくなりまし、Fusion360で考えた場合は現実的ではありません。したがって、熱解析としてはどれだけ実際の状態に近い簡易なモデル化ができるかがカギであり、次に記載するのは基板の状態の平均的な熱伝導率を基板全体に設定するものになります。 基板の等価熱伝導率の換算 Fusion 360では 回路基板をモデル化する場合、材質をFR-4で設定するのが一般的だと思います。FR-4自体の熱伝導率は 0. 3 ~ 0. 5 (W/m・K)ですので、基板上の熱伝導は熱伝導率が 398(W/m・K)と高い 銅パターンの状態が支配的になります。パターンは面方向にあるため、基板の面方向と厚み方向では熱伝導率も変わります。また、銅のパターンは配線でありもあり、放熱のための仕組みでもあり設計毎に様々な状態をとるため等価の熱伝導率は回路パターンの状態により変わることになります。以下に等価熱伝導率の換算式を説明します。 等価熱伝導率換算式 厚さ方向等価熱伝導率(K-normal)および面内方向熱伝導率(K-in-plane)として以下の計算式で算出します。 N=最大層数:基板のパターン層、絶縁層の合計層数(4層基板なら7) k=層の熱伝導率:パターン層(銅 =398)、基材層(FR-4 =0.
熱の移動・温度の違う2つの水・カロリー)―「中学受験+塾なし」の勉強法 大正時代(1912年~26年)(応用編):やおてはたかやき(か)―中学受験+塾なしの勉強法 大正文化は「大衆文化」(大正~昭和初期の文化史):―「中学受験+塾なし」の勉強法! 明治の文化(文化史):思想・お雇い外国人・宗教・教育・文学―「中学受験+塾なし」の勉強法! 日食と月食―「中学受験+塾なし」の勉強法 大正時代(1912年~26年)の概略(基本編):大正デモクラシーと第一次世界大戦(1914~1918)―中学受験+塾なしの勉強法
25、P=8 のものを使用し、半導体ケースとヒートシンク間の熱抵抗は、熱伝導性絶縁シートの仕様書からRc=1. 5のものを使用するとします。 半導体使用時の周囲温度を50℃とすると、 Rf=(150-50)/8-1. 25-1. 5 =9. 75 となり、熱抵抗が9/75(℃/W)以下のヒートシンクを選ぶことになります。 実際には、ヒートシンクメーカーのカタログに熱抵抗、形状などが記載されているので、安全性、信頼性等を考慮し、最適なものを選ぶとよいでしょう。 (日本アイアール株式会社 特許調査部 E・N) 同じカテゴリー、関連キーワードの記事・コラムもチェックしませんか?
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