電子部品の動作上限温度 ■半導体の動作上限温度（Tjmax）の例 CPU 85～105℃ FPGA 85～125℃ Tｊ：ジャンクション温度ジャンクション温度ジャンクション： p型とn型の接合面 Siパワーデバイス（MOSFET） 150℃ SiCパワーデバイス 300～400℃ ゲートソース筐体基板ドレイン酸化膜ｎ型半導体ｐ型半導体電子機器モールド樹脂モールド樹脂接合材チップ（LSI） LSI）基板半導体パッケージ半導体パッケージトランジスタ（MOSFET））ワイヤ半田ボール半田ボールボード自然空冷ヒートシンク（放熱フィン）空冷ファン強制空冷ﾏｲｸﾛﾁｬﾈﾙ直接液冷衝突噴流液冷間接液冷浸漬液冷自然対流ヒートパイプ相変化冷却強制対流ベーパーチャンバー気体冷凍沸騰冷却磁気冷凍ﾁｬﾈﾙ沸騰冷凍冷却化学反応エアコン熱電冷却ペルチェ素子主流冷却方式の分類ヒートシンク（放熱フィン） ■製造方法による分類フィン・ベース板ベース板一体接合製造方法フィン形状フィン形状最小フィン最小フィンピッチ（）ピッチ（mm）製造コスト放熱性能約3 ◎ × 押出プレート冷間鍛造プレート／ピン約 1.5 ○ ○ スカイブプレート約 1.5 ○ ○ 切削プレート／ピン約2 × ○ カシメプレート約2 ○ ○ 半田・ろう付けプレート／コルゲート約1 × ◎ フィンコルゲートフィン型コルゲートフィン型ベース板ベース板ピンフィン型ピンフィン型ヒートシンク性能（自然対流・概算） ■自然対流におけるヒートシンク性能は、ほぼ包絡体積のみに依存市販ヒートシンクのカタログ市販ヒートシンクのカタログ値ヒートシンクのカタログ値との比較との比較リョーサン L W H 12BS031 31.5 50 12BS047 46.5 50 12BS067 66.5 50 12BS102 101.5 100 17BS050 50 50 9 9 9 9 13 ミズデン H0917 H0920 H0921 8 11 11 L W 49 29 39.5 t H 49 29 39 S 1.2 1.2 1.2 1.2 1.5 t 3.8 3.8 3.8 3.8 4.5 包絡体積熱抵抗 18.9 14.08 27.9 10.35 39.9 7.37 121.8 3.48 40 7.81 2 2.5 2.5 包絡体積熱抵抗 26.4 8.79 11.8 15.6 21.6 10.7 S 1 1 1 熱抵抗（℃/W） 100 10 出展：http://as76.net/emv/hounetu.php  50  Rth = 100V ×  ∆T  上グラフの赤線（ΔT=50℃）  −0.31 − 0.675 1 1 10 100 包絡体積（cm3）誤差±20%程度 ΔTが変わったときの補正項 1000 半導体の熱抵抗 ■熱抵抗θと熱特性パラメータΨ Ta Pc Tt or Tc Tj 半導体発熱量：P （=Pc+Pb） Tb Pb 通常放熱状態で実測特殊放熱状態で実測パッケージ同士の放熱性能の比較のときに使用熱解析、熱回路網法、等で使用 Tt, Tbを簡単に（手計算で）求めるときに使用これらは、半導体技術協会 JEDECで規定されている。電子機器の熱回路網法モデル ■部品・基板レベルのモデル化基板、部品、ヒートシンクから構成され、それぞれが周囲（空気、壁）とつながる（基板）周囲矩形に分割する。熱コンダクタンスには熱伝導の式を用いる。部品が搭載されて表面が隠れている場合は、その分を差し引く。 Ta ※ Rb-aは、図の煩雑さを避けるため１点のみ表示 Rc-a Rc-a Tc （部品） Tc Rj-c 部品 Rj-c Rb-a Rhs-a 部品（H/S有） Tj Tj Rj-b ﾋｰﾄｼﾝｸ Rj-hs Rj-b ２抵抗モデル等を用いる。ヒートシンクが搭載されている部品は３抵抗で定義する。（ヒートシンク） Ths 実験式などから求めた熱抵抗値から熱コンダクタンス値を求めて指定する。 Tb 基板 Tb （周囲）各表面と周囲との間で、伝達と放射の各コンダクタンスを加算した値を指定する。ヒートシンクの熱コンダクタンス値は、元々、伝達と放射が含まれるため加算しない。熱計算による短時間設計 ●設計プロセスの短縮化設計期間熱流体ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ熱流体ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ従来 NG （期間ｵｰﾊﾞｰ期間ｵｰﾊﾞｰ）ｵｰﾊﾞｰ）熱計算今後熱流体ｼ熱流体ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ OK 多数のパラメータを振り、候補の構造を絞り込み・「ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ・ｾﾞﾛ」（＝熱計算のみ）も可能・熱計算の導入により、設計品質が向上 CAEによる熱設計の重要ポイント（２）解析の時間解析モデルの簡易化による解析時間の短縮 ■周期性構造 ■熱抵抗モデル熱の流れ平均熱伝導率を求め、単種材料で単種材料で近似半導体パッケージ（BGA）周期性異種材料構造発熱領域 Tc Tj （例） θjc θjb プリント基板リード（はんだ接続） FC-BGA （２抵抗モデル抵抗モデル）モデル） Tb