ヒートシンクPCB

ヒートシンクPCB

PCB設計は複雑なプロセスであり、さまざまな潜在的な問題に細心の注意を払う必要があります。設計者は、ボードのすべての機能を分析して、物理的な制約からコンポーネント間の電気的相互作用、信号損失まで、最適な機能を確保する必要があります。これらの機能の1つは熱管理です。これは、PCBの寿命と機能を確保するために不可欠です。

適切な冷却方法を選択するなど、最適な熱管理を実現し、PCBから余分な熱を取り除く方法はたくさんあります。これらの方法の1つは、ヒートシンクを取り付けることです。この記事では、ヒートシンクとは何か、その独自の利点と課題、およびPCB用のヒートシンクを選択する方法について説明します。

PCBのヒートシンクとは何ですか？

ヒートシンクは、熱伝導性の金属で構成された表面積の大きい部品です。このヒートシンクは通常、パワートランジスタやスイッチングデバイスなどのプリント回路基板コンポーネントに取り付けられています。この部分の目的は、熱を吸収して放散することです。

PCBヒートシンクは、伝導の原理によって機能します。この原理では、熱は熱抵抗の高い領域から熱抵抗の低い領域に移動し、熱の高い領域から熱の低い領域に移動します。ヒートシンクはアルミニウムまたは銅でできており、どちらも優れた熱伝導率と低い熱抵抗を備えているため、熱はPCBコンポーネントからヒートシンクに自然に移動します。

プロセスは次のように機能します。

• PCBコンポーネントは熱を発生し、熱は伝導の原理によってコンポーネントからヒートシンクに自然に移動します。
• そこから、ヒートシンクの大きな表面積に熱が放散されます。
• 熱はヒートシンクの表面積を越えて周囲に伝わります。多くのヒートシンクは、フィン（PCB表面に垂直に突き出る長方形のピンのような機能）を備えており、表面積を最大化し、ヒートシンクから周囲の空気に熱を伝達するのに役立ちます。

ヒートシンクアプリケーション

ヒートシンクは、大量の電力を処理するPCBアプリケーションに必要であるため、平均的なPCBよりも多くの熱を生成する可能性があります。設計者は、PCBプロトタイプがホットスポットと高温領域のある熱プロファイルを示していることを発見した場合、ヒートシンクの使用を選択します。ただし、PCB設計でのヒートシンクの必要性は、設計プロセスの早い段階で、PCBにあるコンポーネントのタイプによって次のように判断できます。

• プロセッサー： CPU、GPU、MPUなどのプロセッサを含むPCBには、熱管理を支援し、エラーのない寿命を維持するためにヒートシンクが必要になることがよくあります。
• 電源コンポーネント： 電力コンポーネントを備えたPCBは、より大きな熱管理のニーズを持つ傾向があります。このカテゴリに分類されるコンポーネントの例としては、パワーアンプ、パワーレギュレータ、パワーIC、電源などがあります。
• コンポーネント密度： PCBのコンポーネント密度が高い場合、PCBは、平均的なPCBよりも多くの熱を生成する可能性があるため、熱管理のためにヒートシンクが必要になる場合もあります。

特定の業界では、他の業界よりもヒートシンクを頻繁に使用する傾向があります。たとえば、軍事用途では、PCB設計でヒートシンクを使用して、長期的な機能を確保する傾向があります。

ヒートシンクの利点

これらの部品には、次のようなさまざまな利点があります。

• 熱管理： ヒートシンクの主な利点は、PCB設計の熱管理を改善できることです。これらの部品は、多くの熱放散と冷却の問題を解決するのに優れています。
• 寿命： PCBヒートシンクは長持ちし、長期間使用した後に交換する必要はありません。さらに、それらを使用すると、適切な熱管理を通じてPCBの寿命を延ばすことができます。
• 低コスト： ほとんどのヒートシンクは低コストであり、PCB設計の熱管理に経済的なソリューションを提供します。
• 軽量： 多くのヒートシンクは銅またはアルミニウムでできており、ボードに大きな重量を加えることなく優れた耐熱性を提供します。

ヒートシンクの課題

ヒートシンクはPCBの熱管理に複数の利点を提供しますが、PCBの設計には大きな課題があります。 PCBのヒートシンクで提示される最も顕著な課題には、次のものがあります。

• 機械的な取り付けの難しさ： PCBヒートシンクには、プッシュピンやZクリップなどの機械的なアタッチメントがあり、アンカーをボードにドリルで穴を開ける必要があります。設計を後で変更する必要がある場合は、損傷が残ります。
• 機械的でない取り付けの問題： 接着剤またはエポキシの非機械的アタッチメントは、機械的ストレスのために取り外し中にデバイスを損傷するリスクが高くなります。さらに、熱接着剤とエポキシの流動性が低いため、非機械的アタッチメントを適用することは困難です。これらのアタッチメントは、最適な熱管理を実現するために完全でエアポケットがない必要がありますが、それを実現するには、ボードを破損する可能性のある圧力が必要です。
• 切り離しの要件： PCBヒートシンクのもう1つの複雑な問題は、ヒートシンクを取り外し可能にする必要があるという事実です。誰かがボードを修理する必要がある場合、ボードを損傷することなくヒートシンクを取り外すことができなければなりません。これは、接着剤を使用したアタッチメントでは特に困難です。

適切なヒートシンクアタッチメントを選択するためのヒント

PCBにヒートシンクを追加すると、設計、特に損傷することなく再加工できる設計の機能に影響を与えます。 PCBに適したヒートシンクアタッチメントを探すときは、いくつかの要因を考慮してください。

• 熱要件： ヒートシンクを検討する前に、PCBコンポーネントの熱設計プロファイル（TDP）とそれらの最適な動作温度を知る必要があります。この情報は、コンポーネントの消費電力と、コンポーネントの動作を維持するために必要な熱管理の量を示します。
• スペース要件：設計でヒートシンクに使用できるスペースの量を決定します。これらの部品にはさまざまなサイズとデザインがあります。そのため、PCBデザインでヒートシンク用のスペースが利用できるかどうかを知ることが重要です。
• ヒートシンクの設計： PCB設計の制限と要件を理解したら、ヒートシンクのさまざまな設計について考える必要があります。これらの変数には、ヒートシンクのサイズ、ヒートシンク上のフィンの数、フィン間の間隔など、材料特性と寸法特性が含まれます。
• 取り付け方法： 最後に、ヒートシンクをPCBに取り付ける方法を検討します。特定のヒートシンクと設計の要件に応じて、機械的または非機械的な取り付け技術を選択できます。いずれにせよ、各アタッチメント手法の固有の欠点を注意深く検討してください。

今日ミレニアムサーキットに連絡する

非常に効果的で低コストのパッシブ熱伝達ツールとして、ヒートシンクはPCB設計の多くの目的に役立ちます。ヒートシンクを使用して設計を実装する場合は、MillenniumCircuitsLimitedが役立ちます。

Millennium Circuits Limitedは、エンジニアに高品質のPCBを提供しています。業界に関係なく、PCBテクノロジーの選択により、デバイスのコアに信頼性が高く機能的なPCBを確保できます。当社の製品と機能の詳細については、今すぐMCLにお問い合わせください。