プリント基板における放熱特性とは？
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先に要点：基板の放熱は、熱伝導・放射・対流を組み合わせて考えます。サーマルビアは主に熱伝導の経路を作るもので、表面からの熱放射とは役割が異なります。材料・厚さ・接触面・風路を合わせて比較しましょう。
放熱特性を向上させることは、プリント基板業界において非常に重要な課題です。
放熱特性が優れていると、電子機器の信頼性と寿命が向上します。
この記事では、放熱特性を向上させるための3つの主要な方法について解説します。
①熱伝導率を視点にして基板構成材料を比較検討する。
まず、熱伝導率とは、材料が熱をどれだけ効率的に伝えるかを示す指標です。
例えば、銅やアルミニウムなどの金属は非常に高い熱伝導率を持っており、これらの材料を使用することで、プリント基板の熱を効率的に拡散させることが可能です。
特に銅ベースやアルミベースのメタルベース基板は、熱伝導率を大幅に向上させますが、メタルベース基板の絶縁層の熱伝導率も重要であり、高放熱性の絶縁層を選択することで、基板全体の熱伝導性をさらに高めることができます。
②熱放射を視点にして基板構成材料を比較検討する。
次に、熱放射の最適化です。熱放射は、材質の表面から熱エネルギーが電磁波として放出される現象を指します。
放熱を促進するためには、表面積の増加や、表面の粗さを調整することで、熱放射を最適化することが可能です。
サーマルビアは主に層間の熱伝導を助ける手段です。熱放射の評価では、表面の放射率、温度、周囲との位置関係・温度差などを確認します。表面粗化だけで効果が決まるわけではありません。
③対流について考える。
対流は、空気や液体の流れを伴って熱が運ばれる現象です。自然対流に加え、ファンやポンプによる強制対流もあります。
プリント基板の設計において、空気と接触する表面積を増やすことで、対流を通じた放熱を促進できます。
ヒートシンクの形状の工夫や、製品全体の空気の流れを考慮することで、対流を最大限に活用することが可能です。
組み合わせの重要性
これら3つの方法を単独で用いるだけでなく、それらを効率的に組み合わせることが放熱特性を大幅に向上させる鍵です。
熱伝導率の高い材料の使用、放熱面の表面積を増やす工夫、そして空気の流れを最適化することで、プリント基板や電子機器の全体的な性能と信頼性を向上させることができます。
これにより、電子デバイスの性能維持と寿命延長に不可欠な効果的な熱管理が実現可能となります。
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発熱量、材料と厚さ、基板寸法、冷却方式、測定した温度を分かる範囲でお知らせください。熱が通る経路全体から検討します。
