図解入門 よくわかる電子機器の熱設計

概 要

電子機器の高速化、小型化、低価格化、低騒音化の要求に応える熱設計の基本を完全解説した入門書です。電子機器は、パソコンに代表されるように年々小型化が進み、使用形態もポータブルからウェアラブルへと変貌しようとしています。それに伴い、プロセッサーの高性能化も進んでいますが、その一方で冷却ファンの騒音が問題になるなど機器の熱設計は厳しい状況にあります。本書では、初心者向けに熱設計が必要になる理由から、放熱のしくみ、伝熱工学の無次元数、機器の温度上昇の予測、熱設計の目的、トラブル事例、ソフトウェアによるCFD解析を平易な文章と図や写真を使ってわかりやすく解説しています。

著者 石塚勝
価格 本体1500円(税別)
ISBN 978-4-7980-2426-4
発売日 2009/11/5
判型 A5
色数 2色
ページ数 206
CD/DVD
対象読者 入門
シリーズ 図解入門
表紙イメージ
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目次

第1章 熱設計とは

1-1 熱性能と信頼性

コラム 電源効率と発熱量について

1-2 熱に弱い部品

1-3 機器の温度上昇の予測

コラム 従来の熱設計

1-4 熱設計の上流化

1-5 現状の熱設計の課題

コラム 過剰設計の怖さ

1-6 熱設計がなぜ難しいのか

コラム 高熱伝導材料の意味

1-7 温度予測手段の選定

コラム 熱回路網法の例

1-8 熱設計と流体工学

1-9 接触熱抵抗

コラム 充てん剤と放熱シート

コラム エンタルピーの式

第2章 熱設計の必要性

2-1 機器の冷却という問題

コラム MPUの消費電力と性能

2-2 半導体素子の発熱密度を予測する

コラム 局所冷却とシステム冷却の違い

2-3 自然空冷の限界

2-4 熱のトラブルから

コラム 機器の冷却と環境への負荷

コラム 液冷か空冷か

第3章 放熱のしくみ

3-1 伝熱の3要素

3-2 熱伝導

3-3 対流熱伝達

3-4 2つの境界層

コラム 電子機器内の実際の流れについて

3-5 放射伝熱

3-6 熱抵抗

コラム 熱抵抗の意味

3-7 冷却空気の温度上昇

コラム 熱問題のモデル化能力

コラム 熱抵抗の計算

第4章 伝熱に使われる無次元数

4-1 無次元数の意味

4-2 レイノルズ数

4-3 ヌセルト数

4-4 プラントル数

4-5 グラスホフ数

コラム グラスホフ数の仲間

4-6 無次元式の例

4-7 無次元式の応用例(1)

4-8 無次元式の応用例(2)

第5章 熱設計の基本プロセス

5-1 部品の放熱能力の限界を知る

5-2 機器の温度上昇予測の基本プロセス

コラム 難しいのは初期設定

5-3 部品の熱設計の流れ

5-4 部品の熱抵抗の定義

コラム 電気設計が先か熱設計が先か

5-5 パッケージの熱抵抗の分割

コラム ジャンクション温度の意味

5-6 熱設計上の問題の分割と設計の流れ

コラム 熱伝導問題の境界条件の意味

5-7 フィン特性を予測するツール

コラム フィン効率について

5-8 熱設計ツール(流体解析ソフト)

コラム 境界条件の設定

5-9 熱設計ツールとしての熱回路網法

コラム モデル化の難しさ

第6章 製品開発と熱設計

6-1 製品開発のための熱設計の目的

6-2 製品開発のための熱設計の上流化

コラム 自由度の設定

6-3 熱対策と熱設計は不可分

6-4 製品開発におけるプロトタイプ設計事例

6-5 設計パラメータサーベイ

コラム CFD解析の課題

第7章 熱設計の勘所

7-1 筐体内部の流路を確保する

コラム 空気流路の効率化を図る

7-2 電源は下にする

7-3 空気流路の流体抵抗を減らす

コラム 流れの損失とは何か

7-4 放熱面積を拡大する

コラム フィン放熱器性能の落とし穴

7-5 筐体内部の温度分布の偏りをなくす

コラム 偏りの限界値は?

7-6 複数の発熱源の対策に気をつける

7-7 室温よりも冷やす場合もある

コラム 突起について

第8章 トラブルから読み解く熱設計の定石

8-1 筐体上部が予想外に熱かった

8-2 密封空間内のファンは意味あるのか

コラム 強制対流熱伝達の意味

8-3 表面温度と内部空気温度は違う

コラム 機器表面を触っての判断は危うい

8-4 通気口があっても空気が流れない

8-5 通気口がたくさんあっても?

8-6 ファン性能は劣化する

8-7 日射の影響も考慮する

コラム ファン性能の変化

第9章 筐体の熱設計と事例

9-1 密閉筐体の熱設計

9-2 密閉筐体内における空気温度の予測

9-3 通風筐体からの放熱

コラム やっかいな遷移領域

9-4 出口通気口面積の限界値

9-5 筐体の大きさの影響

コラム 電源ケース外径

9-6 強制空冷筐体の設計仕様例

9-7 ファン流量の計算

9-8 筐体内の圧力損失の見積もり

コラム 評価能力の必要性

9-9 通風路の流体抵抗

コラム 圧力損失の予測の難しさ

第10章 部品の熱設計と事例

10-1 プラスチック・パッケージの熱抵抗化手法

10-2 基板と放熱フィンによるTCPの熱設計

10-3 部品の熱設計と熱流体シミュレーション

10-4 基板上のパッケージの熱設計

コラム 仮定の意味

10-5 キーボードの熱設計

10-6 熱伝導解析の階層化

コラム 階層化の必要性

10-7 ノートPCの筐体全体の解析例

10-8 ノートPCの筐体全体の解析結果

10-9 熱回路網法による解析方法

コラム ファン選定

10-10 熱回路網法の活用方法

コラム 熱拡散45度モデル

第11章 配線基板の熱設計と事例

11-1 印刷回路基板の特徴

11-2 基板内の熱流体解析のモデル化

11-3 PCBの平均熱伝導率の推定

11-4 ヒートシンクの効果

コラム 熱回路網法の有効利用

11-5 筐体内の印刷回路基板の温度上昇予測

コラム 熱伝導率が場所ごとに違う基板の温度上昇予測

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