技術動向の変化と熱設計

近年、半導体部品技術の開発傾向として「小型化」、「高機能性」、「設計の柔軟性」が高まってきました。ここで考慮すべき点は、半導体部品のこれらの傾向が熱と熱設計にどのような影響を与えるかです。

「小型化」

製品の小型化の要求はIC、取り付け回路基板、その他のコンデンサの小型化を促進しています。半導体部品の小型化の過程では、例えば、TO-220のようなより大きなスルーホールパッケージにパッケージされたICチップは、現在、はるかに小さな表面実装パッケージにパッケージ化されていません。珍。

また、統合を改善する方法もいくつか採用されています。例えば、同じパッケージに搭載されたICチップを2倍に調整したり、2チップに相当するチップを入れることで積分レベルが上がったりして、単位面積あたりの機能を増加させる(機能面積比)。

このような部品の小型化と高集積化により発熱が増加します。例を以下に示します。左の熱画像は、20×20×20mmパッケージと同じ消費電力の10×10×10mmパッケージの比較例であるパッケージ小型化の例です。明らかに、高温を示す赤色は、より小さいパッケージに集中している、つまり熱が大きい。右側は高い統合の例です。同じサイズのパッケージ内の1チップと2つのチップを製品と比較すると、温度差も非常に明白であることがわかります。

高密度実装により、回路基板に熱を放散する表面実装デバイスの有効な放熱範囲が減少し、発熱が増加します。シェル内の周囲温度が高い場合は、放散できる熱量が減少します。結果から、元の高温は加熱成分の周囲にしかなかったものの、回路基板全体が高温状態になりました。これは、より少ない熱を発生させる成分の温度の上昇にもつながります。

機器の機能を向上させるためには、コンポーネントを増やす必要があり、より高い能力を持つより大きな統合ICを使用する必要があり、また、データ処理速度を上げ、信号の周波数を増加させる必要があります。これらの方法は、電力消費の増加傾向につながっている, 最終的に発熱の増加につながる.また、高周波数を扱う場合にはノイズ放射を抑えるために、多くの場合シールドが必要です。遮蔽層に熱が蓄積されるので、遮蔽層の成分の温度条件が悪化する。また、機能を向上させる理由で装置のサイズを大きくすることが難しいため、上記高密度状態となり、住宅内の温度が上昇する原因となる。

「デザインの柔軟性」

製品をユニークにしたり、美学を反映するために、ますます多くの製品がデザインに重要さを取り付け、さらにはデザインの柔軟性を優先し始めます。欠点は、ハウジングが過度の高密度設置と合理的に熱を消散することができないために高温を有することである。要するに、あなたの手にポータブルデバイスを保持すると、非常に熱く感じるでしょう。部品の設計の柔軟性を向上させるために、すなわち、外観の自由度、上述したように、小型または平坦な製品を使用することができるが、設計の柔軟性をより優先する少数の製品はない。

問題は、発熱の増加と放熱の難しさだけではありません

前述のように、「小型化」、「高機能」、「設計の柔軟性」という3つの技術開発動向の変化により、発熱が増加し、それに伴い放熱が難しくなってきています。したがって、熱設計はより厳しい条件と要件に直面します。これは非常に大きな問題ですが、同時に考慮する必要がある別の問題があります。

ほとんどの場合、同社の機器設計は、熱設計の評価基準を設定しています。評価基準が比較的古く、最近の技術開発動向を考慮に入れて再び改訂しなければ、評価基準自体に問題があります。そのような配慮を行わなくて、現状を考慮しない評価基準に基づいて設計すると、非常に深刻な問題が発生する可能性があります。

技術開発動向の変化に対応するためには、熱設計の評価基準を見直す必要があります。