電子回路の熱設計

電子回路は電気信号を伝える部品だと言えるが、電気は電気ロスが発生する。
電気ロスは熱として消費されるが、熱が多いと電子回路板の温度上昇に繋がる。
電子部品は殆どは、熱との争いがあり、消費電力が大きいCPU等の電子部品は放熱板が必要だ。
電子回路板は、電子部品を搭載して使用するイメージがあり熱を逃がすイメージもある。
あくまでも材料と使用環境と、発熱量で発熱・放熱と温度上昇は変わる。
従って、最終的には電子回路板に部品実装して、機器に組み込み、実使用状態で実機試験が必要だ。
ただしそれ以前に、個々の電子回路板と電子部品レベルで熱の見積もりが必要だ。
回路板では、それ単体の熱設計と、部品実装状態での熱設計を行う。
放熱は、１：伝導、２：対流、３：輻射　で行われる。
１：伝導は電子回路板の材料の熱伝導性で決まる。
多くの材料では、ビーデマン・フランツの法則があり、電気伝導の高いものは熱伝導も良い。
これは電子が熱伝導をになう物質で成り立つ。
従って、ガラスエポキシ等の基材材料は熱伝導性が弱く放熱も少ない。
一方では、銅の電気回路導体は熱伝導が高く、放熱性がたかい。
銅導体に流せる電流容量は、放熱が許容される範囲に制限される事になる。
(2019/07/18)

電子回路が自身の発熱で温度上昇する事は問題点が多い。
発熱が電力の消費から起きるので、発熱自体が困るのだが、それはここでは触れない。
回路材料の熱劣化は無視出来ないし、回路に接触する材料も同じ心配がある、人間が触れる時の問題もある。
実使用面からは放熱対策で対応する事になる。
対放熱材料としては、放熱性がよくて温度が上昇しにくい材料と。回路の温度が上昇しても破壊や劣化が起きにくい材料がある。
従って環境温度が上昇する可能性がある用途では、後者は有効だが、前者の放熱性が良い事は意味がない。
発熱が銅の胴体から起きるのでその周辺が温度が上がる、材料自体の熱伝導がよければ、それが広い面積に拡がり、対流で放熱されやすい。
局所的な放熱を如何に効率良く、全体で放熱出来るかも放熱設計には重要だ。
(2019/10/10)