Skip to content
RFrftools.io
Thermal

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

Loading calculator...

公式

TJ=TA+PD×(θJC+θCS+θSA)T_J = T_A + P_D × (θ_JC + θ_CS + θ_SA)
T_J— ジャンクション温度 (°C)
T_A— 周囲温度 (°C)
P_D— 電力損失 (W)
θ_JC— 接合部とケース間の熱抵抗 (°C/W)
θ_CS— ケースからヒートシンクまでの熱抵抗 (°C/W)
θ_SA— ヒートシンクと周囲の熱抵抗 (°C/W)

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）（Lは厚さ（m）、kは熱伝導率 (W/m·K), 、Aは断面積 (m²). シリーズ抵抗を直接加算します（ (R_total = R1 + R2 +...）。パラレルパスは 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, サーマルグリス 1-5 W/m·K, エア 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 = 5mm × 5mm = 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!)。シリーズ合計：200.9°C/W。サーマルビア（20ビア、直径0.3mm、銅充填）の追加：FR4と並行して R_vias = 1.5mm/(385×20×π×0.15²mm²) = 0.55°C/W。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内部/底面の銅面への直接銅経路を確保してください。
  • ✓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のビアドリルで、銅を充填したものがIPC-2221Bに準拠した最低 R_th です。
  • ✓パッケージ θJA の比較には、JEDEC 2s2pまたは1s0pテストボードを使用してください。実際のPCBでの結果は、銅の被覆率によって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モデルを使用する — 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; に20〜50％が加わります。広がり抵抗式またはFEAを使用してください
  • ✗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

熱抵抗R_th（°C/WまたはK/W）は、単位電力あたりの温度上昇であり、ΔT = R_th × Pであり、電気抵抗（V = I × R）に似ています。R_th = L/ (K×a) は、厚さ L、熱伝導率 k、面積 A のスラブを通る伝導を示します。R_th が小さいほど熱伝達が良くなります。標準値:1cm²で1mm銅 (385W/m·K) = 0.026°C/W、1cm²で1mm FR4 (0.3 W/m·K) = 33°C/W。
直接的な例え：温度 ↔ 電圧、熱流 ↔ 電流、熱抵抗 ↔ 電気抵抗。キルヒホッフの法則が適用されます。直列抵抗は加算され、並列抵抗は相互に結合され、熱は節点で保存されます。これにより、各材料を抵抗、熱源を電流源、周囲環境を電圧源としてモデル化して、熱回路の SPICE シミュレーションが可能になります。
材料導電率 (k): 銅 = 385 W/m·K, アルミニウム = 205、シリコン = 150、ハンダ = 50、サーマルグリス = 1-5、FR4 = 0.3、空気 = 0.026。ジオメトリ: R_th ∝ L/A (厚い = 悪い、大きい = より良い)。界面:表面粗さと接触圧力は熱接触抵抗に影響します (標準値 0.1-1°C/W)。拡散:小さな熱源から大きなシンクに熱が広がると、抵抗が増大します。
シリーズ：熱は積み重ねられた層を通って順番に流れます（ダイ→アタッチ→パッケージ→TIM→ヒートシンク）。並列:熱には複数の経路が同時に流れます (サーマルビアはFR4と並列、対流は伝導と平行に)。実際のシステムでは、パスごとの直列抵抗を計算してから並列パスを組み合わせるという方法で、両方を組み合わせます。複雑な形状の場合は、FEA シミュレーション (ANSYS、COMSOL) を使用してください。

関連記事

Thermal

ヒートシンク選択ガイド:熱抵抗の計算方法とヒートシンクのサイズ設定

ヒートシンクのサイズを3つのステップで決めます。消費電力と接合部温度から必要な熱抵抗 θ_SA を計算し、その値より低い定格のヒートシンクを選択して、完全な熱経路を確認します。実例と無料の計算ツールが含まれています。

Motor Control

H ブリッジモータードライバーの MOSFET 損失の計算

MOSFET Hブリッジモータードライバーの導通損失とスイッチング損失の計算方法を学んでください。電力損失計算ツールを使って実数を使った例を挙げました。

Motor Control

モーターの熱管理:熱対性能

包括的な放熱計算ツールと壊滅的なモーター故障の防止に関する専門家の知見を活用して、モーターの熱設計をマスターしましょう

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

Thermal Paste

Thermal paste and grease for heatsink-to-component bonding

Amazon →

Heatsinks (TO-220)

Aluminum heatsinks for TO-220 and similar packages

Amazon →

Thermal Pads

Silicone thermal pads for PCB component cooling

Amazon →

関連計算ツール

PCB

ビア熱抵抗

PCBの熱管理のための熱ビア抵抗、アレイコンダクタンス、および電流容量を計算します。配列により充填およびメッキ処理を施したデザイン。無料ですぐに結果が得られます。

Power

LDO ドロップアウト

リニアレギュレータ設計のLDOレギュレータの電力損失、接合部温度上昇、最小入力電圧、効率、およびヘッドルームを計算

Power

MOSFETパワーロス

パワーエレクトロニクス設計のMOSFET伝導損失、スイッチング損失、総消費電力、ジャンクション温度、および効率を計算

Thermal

ヒートシンク

MOSFET、IGBT、およびパワーICに必要なヒートシンクの熱抵抗 (θ _SA) とジャンクション温度を計算します。熱設計の実現可能性を検証してください。無料の結果。