熱抵抗ネットワーク計算ツール
部品の熱管理用に、直列熱抵抗ネットワーク (θ JC + θ CS + θ SA) を使用して接合部、ケース、およびヒートシンクの温度を計算
公式
仕組み
熱抵抗ネットワーク計算機は、PCBの熱解析、マルチチップモジュールの設計、複雑なエンクロージャーの熱モデリングに不可欠な電気回路アナロジーを使用して多層熱流路を解析します。熱エンジニア、パッケージングの専門家、信頼性エンジニアは、ネットワークモデルを使用して温度分布を予測し、熱のボトルネックを特定します。JEDEC JESD51-14 によると、熱抵抗 R_th = L/ (K×a) です。ここで L は厚さ (m)、k は熱伝導率 (W/m·k)、A は断面積 (m²) です。直列抵抗は直接加算されます (R_Total = R1 + R2 +...)。並列パスは 1/R_Total = 1/R1 + 1/R2 +... として組み合わされます。材料導電率：銅385 W/m・k、アルミニウム205 W/m・k、FR4 0.3 W/m・k、シリコン150 W/m・K、サーマルグリース1-5 W/m・k、空気0.026 W/m・k。
計算例
露出したサーマルパッドを備えた4層PCB上のQFN-32パッケージの熱経路をモデル化します。レイヤースタック (上から下): ダイ (シリコン、0.3mm)、ダイアタクト (エポキシ、0.025mm)、リードフレーム (銅、0.2mm)、ハンダ (SAC305、0.1mm)、PCB 銅 (35μm)、FR4 (1.5mm)、環境空気。面積 = 5ミリメートル × 5ミリメートル = 25mm²。各レイヤーの計算:R_Die = 0.3mm/ (150×25mm²) = 0.08°C/W。r_Attach = 0.025mm/ (1.5×25mm²) = 0.67°C/W。R_LeadFrame = 0.2mm/ (385×25mm²) = 0.02°C/W。r_Solder = 0.1mm/ (50×25mm²) = 0.08°C/W。R_Copper = 0.035mm/ (385×25mm²) = 0.004°C/W。R_FR4 = 1.5mm/ (0.3×25mm²) = 200°C/W (優勢!)。シリーズ全体：200.9°C/W。サーマルビア（ビア20個、直径0.3mm、銅充填）の追加：R_ビア= 1.5mm/（385×20×py×0.15²mm²）= 0.55°C/W（FR4と並列）組み合わせ:1/ (1/200 + 1/0.55) = 0.55°C/W — ビアは熱抵抗を360倍低減します。
実践的なヒント
- ✓FR4の熱伝導率（0.3 W/m・k）は銅よりも1000倍低く、常にサーマルビアまたは露出パッドを介して銅の内側/底面に直接銅線を供給してください
- ✓サーマル・ビア・アレイ：最小4×4（大幅な改善が必要）、8×8は銅面の導電率に近づきます。0.3mmのビアドリル、銅充填により、IPC-2221Bに準拠した最小のR_thが得られます。
- ✓JEDEC 2s2pまたは1s0pテストボードを使用してパッケージθJAを比較してください。実際のPCBでの結果は、銅被覆率によって30～ 50% 異なります。
よくある間違い
- ✗インターフェースの熱抵抗を無視すると、ダイアタッチ層、はんだ層、TIM層は合計で0.5～5℃/Wとなり、バルク材料抵抗と同等かそれを上回ります。
- ✗抵抗の広がりに1Dモデルを使用 — 小さなダイから大きなヒートシンクに熱を拡散させると、計算されたR_thが20～ 50% 増加します。広がり抵抗の公式またはFEAを使用
- ✗均一な発熱を想定 — ICでは平均電力密度の2倍のホットスポットが一般的であり、局所的なTjは平均を10～20℃上回る可能性がある
よくある質問
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