PCBワールドより

電子機器は動作中に一定量の熱を発生し、機器内部の温度が急激に上昇します。熱が適切なタイミングで放散されない場合、機器は発熱を続け、過熱による故障を引き起こし、電子機器の信頼性と性能が低下します。

したがって、回路基板に適切な放熱処理を施すことは非常に重要です。PCB回路基板の放熱は非常に重要な要素です。では、PCB回路基板の放熱技術とは何か、以下で一緒に考えてみましょう。

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PCB 基板自体による放熱 現在広く使用されている PCB 基板は、銅張 / エポキシガラスクロス基板またはフェノール樹脂ガラスクロス基板で、少量ながら紙ベースの銅張基板も使用されています。

これらの基板は電気特性や加工性に優れているものの、放熱性が低いという欠点があります。高発熱部品の放熱方法としては、PCBの樹脂自体による熱伝導は期待できず、部品表面から周囲の空気へ放熱するしかありません。

しかし、電子製品は部品の小型化、高密度実装、高発熱組み立ての時代に入り、表面積の非常に小さい部品の表面に頼って放熱するだけでは不十分になってきています。

同時に、QFPやBGAなどの表面実装部品の多用により、部品から発生する熱がPCB基板に大量に伝わります。そのため、放熱問題を解決する最善の方法は、発熱体と直接接触するPCB自体の放熱能力を向上させることです。伝導または放射によって放熱されます。

PCBレイアウト
熱に敏感なデバイスは冷風エリアに設置されます。

温度検知装置は最も高温になる位置に設置します。

同一プリント基板上のデバイスは、発熱量と放熱性に応じて、可能な限り離して配置する必要があります。発熱量が小さい、または耐熱性の低いデバイス（小信号トランジスタ、小型集積回路、電解コンデンサなど）は、冷却風の流れの中に配置します。熱量が大きい、または耐熱性の低いデバイス（パワートランジスタ、大型集積回路など）は、冷却風の流れの最下流（入口）に配置します。

水平方向では、高出力デバイスをプリント基板の端にできるだけ近づけて配置することで熱伝達経路を短くし、垂直方向では、高出力デバイスをプリント基板の上部にできるだけ近づけて配置することで、これらのデバイスが動作する際に他のデバイスの温度に与える影響を低減します。

機器内のプリント基板の放熱は主に空気の流れに依存するため、設計時に空気の流路を検討し、機器またはプリント基板を適切に構成する必要があります。

設計プロセス中に厳密に均一な分布を実現することは難しい場合が多く、ホットスポットが回路全体の正常な動作に影響を与えないように、電力密度が高すぎる領域を回避する必要があります。

可能であれば、プリント回路の熱効率を分析する必要があります。例えば、一部の専門的なPCB設計ソフトウェアに搭載されている熱効率指標分析ソフトウェアモジュールは、設計者が回路設計を最適化するのに役立ちます。

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発熱量の高い部品にラジエーターと熱伝導プレートを併用します。PCB内の部品数が少なく、発熱量が大きい場合（3個未満）、発熱部品にヒートシンクまたはヒートパイプを追加します。温度が下がらない場合は、ファン付きのラジエーターを使用することで、放熱効果を高めることができます。

加熱装置の数が多い場合（3個以上）、大型の放熱カバー（基板）を使用できます。これは、PCB上の加熱装置の位置と高さに合わせてカスタマイズされた専用ヒートシンク、または部品の高さに合わせて切り出された大型の平面ヒートシンクです。放熱カバーは部品の表面に一体的に座屈し、各部品に接触して放熱します。

しかし、部品の組み立てや溶接時の高さの均一性が低いため、放熱効果は良好ではありません。通常、放熱効果を高めるために、部品の表面に柔らかい熱伝導性相変化サーマルパッドを追加します。

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自然対流空冷を採用した装置の場合、集積回路（またはその他のデバイス）を垂直または水平に配置するのが最適です。

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適切な配線設計を採用することで、優れた放熱効果を実現します。基板内の樹脂は熱伝導率が低く、銅箔の配線と孔は良好な熱伝導体であるため、銅箔の残量率を高め、熱伝導孔を増やすことが主な放熱手段となります。PCBの放熱能力を評価するには、異なる熱伝導率を持つ様々な材料で構成された複合材料、つまりPCBの絶縁基板の等価熱伝導率（9eq）を計算する必要があります。

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同一プリント基板上のデバイスは、発熱量と放熱性に応じて、可能な限り離して配置する必要があります。発熱量が低い、または耐熱性の低いデバイス（小信号トランジスタ、小型集積回路、電解コンデンサなど）は、冷却風の流れの中に配置します。また、発熱量が大きい、または耐熱性が低いデバイス（パワートランジスタ、大規模集積回路など）は、冷却風の流れの最下流に配置します。

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水平方向では、高出力デバイスをプリント基板の端にできるだけ近づけて配置して熱伝達経路を短くし、垂直方向では、高出力デバイスをプリント基板の上部にできるだけ近づけて配置して、これらのデバイスが他のデバイスの温度に与える影響を減らします。

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機器内のプリント基板の放熱は主に空気の流れに依存するため、設計時に空気の流路を検討し、機器またはプリント基板を適切に構成する必要があります。

空気が流れるときは必ず抵抗の少ないところを流れる傾向があるため、プリント基板上にデバイスを構成するときは、特定のエリアに大きな空気層を残さないようにしてください。

機械全体の複数のプリント基板の構成でも同様の問題に注意する必要があります。

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温度に敏感な機器は、最も温度が低い場所（機器の底面など）に設置するのが最適です。加熱機器の真上には絶対に置かないでください。複数の機器を水平面上に交互に配置するのが最善です。

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消費電力と発熱量が最も大きいデバイスは、放熱に最適な位置の近くに配置してください。高発熱デバイスは、近くにヒートシンクが配置されていない限り、プリント基板の角や周縁部には配置しないでください。パワー抵抗器の設計にあたっては、可能な限り大型のデバイスを選択し、プリント基板のレイアウトを調整する際に十分な放熱スペースを確保してください。

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PCB 上のホットスポットの集中を避け、PCB ボード上で電力を可能な限り均等に分散し、PCB 表面の温度性能を均一かつ一定に保ちます。

設計プロセス中に厳密に均一な分布を実現することは難しい場合が多く、ホットスポットが回路全体の正常な動作に影響を与えないように、電力密度が高すぎる領域を回避する必要があります。

可能であれば、プリント回路の熱効率を分析する必要があります。例えば、一部の専門的なPCB設計ソフトウェアに搭載されている熱効率指標分析ソフトウェアモジュールは、設計者が回路設計を最適化するのに役立ちます。