プリント基板の熱設計解析

今まで筐体側で行ってきた熱解析を、PCB設計段階で行うことで開発工数・コストの削減が実現します。
ここではPCB設計段階における熱解析の重要性から設計フローをご紹介します。

プリント基板設計の現状と問題点

  • SIを考慮して配線長はできるだけ短くした
    → 部品密度が高くなり熱の問題が出てきてしまった
  • 熱対策の為に筐体に通気孔を開けた
    → そこからノイズが漏れてEMIの問題が出てきてしまった
  • SIやEMIの対策は完璧におこなった
    → 熱により基板が反り、はんだクラックが生じてしまった
  • 試作評価段階で、熱対策としてファンが必要と判明
    → 回路図や基板レイアウトを大幅に修正しなければならず、SIやEMIの対策も再度行わなければならなくなった

熱設計の重要性

LSIの高速化・高密度化により、熱の問題は分野を問わずに
考えなければならなくなっている。
  • 高速化
    • 消費電力は、動作周波数×（動作電圧）の2乗にほぼ比例する。
    • 動作電圧を下げると、トランジスタの境界となる電圧も下げる必要がある為、リーク電流が増加する。
      ↓
      消費電力の増加
    • LSIの消費電力のほとんどが熱に変化される。
      ↓
      発熱量の増加
  • 高密度化
    • LSIのパッケージは小型化傾向にある。
    • LSIの熱の多くがプリント基板に放熱される。
      ↓
      プリント基板の放熱性が重要

プリント基板の熱設計フロー

Σ面積 ∝ コスト＆設計制約

設計の後戻りが大きくなればなる程、設計コストは増大し、設計制約も厳しくなる。

OrCAD/AllegroからANSYS Icepakへのデータの流れ

データの流れ図 OrCAD Capture PSpice A/D ANSYS Icepak Allegro

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