電子機器における半導体部品の熱設計

熱設計とは何ですか?

電子機器の設計においては、小型化、高効率、EMC(電磁適合性)などの問題を解決することが常に必要とされてきました。近年、半導体部品の熱対策がますます注目され、半導体部品の熱設計が新たなテーマとなっています。「ホット」は、部品や機器の性能、信頼性、安全性を含むため、常に重要な研究プロジェクトの一つでした。近年、電子機器の要求が変わり、これまでの方法を見直す必要があります。

「電子機器における半導体部品の熱設計」では、電子機器に使用されるICやトランジスタなどの半導体製品を前提とした熱設計に関するテーマを原則として議論します。

半導体コンポーネントは、パッケージ内のチップ温度、すなわち接合(接合部)温度の絶対最大定格Tjmaxを指定します。設計時には、製品の接合温度がTjmaxを超えないように、発熱と周囲温度の研究を行う必要があります。したがって、Tjmaxを超えているかどうかを確認するために使用されるすべての半導体コンポーネントに対して熱計算を行います。Tjmaxを超える場合は、Tjmaxを最大定格値範囲内に保つために損失または放熱を低減するための措置を講じます。要するに、これは熱設計です。

もちろん、半導体製品は電子機器に使用されているだけでなく、コンデンサ、抵抗、モータなど様々な部品を使用しており、各部品は温度や消費電力に関する絶対最大定格を持っています。したがって、実際の設計では、構成機器のすべての部分が最大温度関連の評価を超えてはなりません。

設計段階での良好な熱設計の必要性

設計段階で熱設計を慎重に行わない場合、それに対応した対策を講じると、試作段階や大量生産時に熱による問題が発見される場合があります。

問題は熱に限らず、量産段階に近づくほど、対策に時間がかかり、コストが高くなり、製品配送の遅延が大きく、ビジネスチャンスを逃す大きな問題につながります。最悪のシナリオは、問題が市場でのみ発生し、リコールや信用の問題につながるということです。 熱による問題は想像する必要はありませんが、不適切な熱処理は煙、火災、さらには火災やその他の個人的な安全上の問題を引き起こす可能性が非常に高いです。したがって、熱設計は基本的に非常に重要です。したがって、最初から熱設計の良い仕事をする必要があります。

熱設計はますます重要になってきている

近年、電子機器に対しては、小型化や高性能化の要求が自然になっており、さらなる統合が進められている。具体的には、部品の数が多く、回路基板上の取り付け密度が高く、収容サイズが小さい。その結果、発熱密度が大幅に増加します。

最初に実現すべき点は、技術開発動向の変化に伴い、熱設計がこれまで以上に厳しくなっていることです。前述のように、部品の「小型化」や「高性能」が求められるだけでなく、優れた「設計柔軟性」が求められるため、熱対策(放熱対策)が大きな課題となっています。サーマル設計は、機器の信頼性、安全性の向上、および全体的なコストの削減に役立つため、ますます重要になっています。