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やさしい熱設計講座

熱設計の基礎から各種の冷却手法までを理解する

2013/01/23 00:00
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熱設計

やさしい熱設計講座

熱設計の基礎から各種の冷却手法までを理解する
 第1回: 熱設計基礎 編
 第2回: 熱設計実践 編

お申し込み受付は終了しました

※当日受付を承ります。直接会場にお越しください。

機器開発を進める上で必要不可欠な熱設計――。

いつも好評いただいている熱設計セミナーを今回、熱設計をより基礎から把握でき、そしてより実践的な手法を学べるカリキュラムに刷新して開催いたします。

熱設計セミナーは「熱設計基礎編」と「熱設計実践編」の2回構成です。基礎編は、熱設計をこれから本格的に学ぼうとしている方を対象に、伝熱の基礎や入門的な熱対策、そして基本的な熱設計手法をていねいに解説します。実践編は、熱設計の技量向上を考えている方を対象に、通風口や筐体、ファン、各種冷却部品の効果的な活用手法を解説します。基礎編と実践編はいずれも、講義内で演習も取り入れて進めていきます。

概要

日時:2013年04月19日(金)10:00~17:00(開場09:30) 予定
2013年04月05日(金)(終了)10:00~17:00
会場:化学会館 7F(東京・お茶の水)
主催:日経エレクトロニクス

受講料(税込み)

  • 4月19日(金)
  • 一般価格49,800円
  • 日経エレクトロニクス(NE)読者価格39,800円
  • ◇一般価格には「日経エレクトロニクスDigital版セット購読(最新号1冊+1年26冊)」が含まれます。 ご送本開始は開催後になります。
  • ◇日経エレクトロニクス(雑誌、Digital版、Digital版セット)定期購読者は、NE読者価格でお申し込みいただけます。
  • 日経エレクトロニクスPremium定期購読者は、Premium読者価格(一般価格の50%割引)で受講いただけます。
  • ※受講料には、昼食は含まれておりません。
  • ※一般価格に含む日経エレクトロニクス購読をご登録させていただく方には、NEニュース配信を設定いたします。
  • ※満席になり次第、申込受付を締め切らせていただきますので、お早めにお申し込みください。

プログラム詳細

講師

サーマル デザイン ラボ

代表取締役

国峰 尚樹 氏

2日目
4月19日(金)
10:00~17:00

【熱設計実践編】
各種冷却手段や冷却部品の効果的な活用方法を学ぶ

熱設計に必要なものは何でしょうか。まず大切なのは、冷却に不可欠な熱の「流れ」について把握する術を身に付けることです。その上で通風口やファン、筐体を活用して電子機器内の熱を外部に逃がす設計術が必要になります。さらに、効果的に熱設計を進めるには、基板上の部品がどのような放熱経路をたどるのかを認識しておかねばなりません。放熱に用いる各種部品の特性だけでなく、「どういった局面で放熱部品を用いるのか」といった知識も不可欠でしょう。熱設計実践編では、各種冷却手段や冷却部品の特徴や実践的な活用方法を解説します。

①流れ入門  ~冷却に不可欠な「流れ」について知っておこう~

■流れの基礎

・風量と温度の関係
・流れを乱して冷やす (層流と乱流)
・ファンの最大風量より大きい風量を得る (ベルヌイの定理)
・流れに逆らう抵抗を計算する (圧力損失と流体抵抗)

②機器筐体設計入門

■通風口を活用した冷却(自然空冷)

・電子機器の放熱ルートによる冷却方式の分類
・通風空冷機器は部品の熱を空気に伝える
・密閉機器は部品の熱を筺体に伝える
【演習】1cm2のの通風口はどれくらいの熱を持っていくか?
(筐体に必要な通風口面積を決める)
・吸気口と排気口はどのように決まるか
・煙突効果の活用
【演習】(通信機シエルフを例に)煙突をつけるとどれくらい温度が下がるか?


■筐体を活用した冷却(密閉筺体)

・どんなルートで熱を逃がすか?
・予測しにくい「接触熱抵抗」がボトルネックになる!
・TIMの熱抵抗を妥当に見積もる
【演習】(タブレット端末を例に)部品と筐体間にTIMを挟むと温度は何℃下がるか?


■ファンを活用した冷却(強制空冷)

・ファンの特性を表すPQカーブとは
・ファンの種類と使い分け
・ファンを2個使えば風量は2倍になる?
【演習】(電源を例に) 冷却に必要な換気風量を見積もる
・通風口を開けすぎると温度は上がる
・強制空冷で必ず考えなければいけない流路の設計
・ファンの風量を低下させないために注意すべき点
・突入風速を使って放熱器を減らす
・PUSH吹付とPULL吸い込みどっちが得か
・どうすれば静かになるか?ファン騒音
【演習】(パワーモジュールを例に)ファンとヒートシンクで冷やす最適な方法

③基板・部品設計入門

■部品の熱は基板で冷やす

・小さい部品の熱は90%以上基板から逃げる
・基板は放熱器!その性能尺度は等価熱伝導率
・基板の面方向への放熱(ヒートスプレッダ―)
・基板の厚み方向への放熱(ビアの設け方)
・「熱に弱い部品は風上に」は今や昔
・半導体部品の構造と熱パラメータ
【演習】(LED基板を例に)ビアの本数と効果を予測する

④冷却デバイス活用術

■ヒートシンクを活用する

・ヒートシンク設計の流れ
・ヒートシンクの寸法パラメータには決める順番がある
・大きさでほぼ性能が決まる(包絡体積と熱抵抗)
・自然空冷ヒートシンクの向きと性能
・自然空冷ヒートシンクは周りをあける、強制空冷ヒートシンクは周りを詰める
・最適フィン間隔がある
【演習】(インバータを例に)ヒートシンクを設計してみよう

⑤温度測定入門

■熱電対で正しい温度を測る

・なぜ温度が低く測られてしまうのか?
・T型、K型、J型・・・どのタイプ、どの太さを使うべきか
・熱電対の取り付け方と測定誤差


■放射温度計の活用

・放射温度計の誤差要因
・放射率を簡単に知る方法
・放射温度計を正しく使うには
【演習】放射率を手計算する

1日目
4月5日(金)
10:00~17:00

【熱設計基礎編】
伝熱の基礎や入門的な熱対策、そして基本的な熱設計手法を学ぶ

なぜ、熱設計が必要なのでしょうか。そもそも熱とは何でしょうか。一体、どのような手法で熱を逃がせばよいのでしょうか。これから本格的に熱設計を学ぼうとしたとき、「熱の本質」を知る必要があります。本質を知ることで熱設計の手法を理解できるだけでなく、なぜ熱設計が重要なのかを深く認識することができるでしょう。熱設計基礎編では、「そもそも機器はなぜ熱くなるのか、熱くなるとどのような不具合が起こるのか」という熱設計・熱対策の必要性から、伝熱の基礎や入門的な熱対策、そして基本的な熱設計手法を丁寧に解説します。

①伝熱入門

■熱設計・熱対策が不可欠になったわけ

・なぜ今熱設計が必要になったのでしょうか?
・熱設計をサボるとどうなる?
・電子機器はなぜ熱くなるの?
・CPUやLEDは入力の何%が熱になるのか?
・熱いとなぜ壊れやすくなるの?
・部品の温度上限を1℃超えるとどうなる?
・発熱量ってどこまで考えるのか?


■そもそも熱って何?

・熱と温度って何が違うの? 熱が上がるって何?
・温度が下がる=熱が消えた?
・温度の単位、熱の単位
・ミクロに見た熱 粒子の運動が伝搬する
・マクロに見た熱 熱は電気や水と同じ
・温度差をなくすには「熱伝導」を使う
【演習】部品の表面とチップに何℃温度差ができるか? 基板の表裏に何℃の差が出る?
・平均温度を下げるには「対流」を使う
【演習】iPadに何ワット入力できるか計算してみよう。
【演習】物体の置き方で温度はどう変わる?
・あと少しなら「放射」で下げる。熱いほど放射が効く!
【演習】100℃の放熱プレートに塗装をかけると何℃下がるでしょうか?
【演習】物体の間に遮蔽板を入れると放射は何%カットできるか

②熱計算と熱対策入門

■熱対策は3つしかない

・熱対策のすべてを体系化してみる
・伝熱面を広くすると温度は下がるが、冷却効率が落ちる
・フィンを付けて面積を広げる、熱を伝えて等価面積を広げる
・表面の熱交換を活発にすると流れに乗って熱が逃げる
・機器内部温度上昇を抑えるには
・体が大きいと保温性が増す?
【演習】複数の対策案の中から有効なものを概算で決める


■熱設計、最初の一歩

・熱抵抗って何だろう? 熱抵抗が熱設計の出発点です
・直列熱抵抗では最大熱抵抗部を攻める
・並列熱抵抗では最小熱抵抗部を攻める
【演習】多層板に有効な熱対策を概算しよう
・熱設計に必要な3つの条件
・最初に熱抵抗を求める
【演習】機器の最適熱対策を熱抵抗の観点から導く


■熱計算を簡単に行うには(熱計算にはEXCELを活用しよう)

・伝熱計算式はどこまで実設計に使えるか?
・熱抵抗をネットワークにして解く(熱回路網法)
【演習】基板の温度分布計算
・許容温度まで上がる時間を知る
・熱時定数とは?
・センサで検知して発熱を止めても温度は上がり続ける
【演習】温度上昇時間とセンサによる温度制御

お申し込み受付は終了しました

※当日受付を承ります。直接会場にお越しください。

講師紹介

国峰 尚樹 氏

国峰 尚樹 氏 サーマル デザイン ラボ 代表取締役

1977年、早稲田大学 理工学部 機械工学科卒業。同年、沖電気工業入社。電子交換機、ミニコン、パソコン、プリンタ、FDDなどの冷却方式開発や熱設計に従事。その後、電子機器用熱解析ソフトXCOOL(後にStar-Cool)の開発、CAD/CAM/CAEおよび統合PDMの構築などを担務。2007年に同社退職し、サーマル デザインラボを設立。電機メーカを中心に、製品の熱設計やプロセス改革コンサルティング、研修などを手がける。
現在、東北大学ISTU(Internet School of Tohoku University)非常勤講師、熱設計・対策技術シンポジウム企画副委員長。
主な著書に、『電子機器の熱流体解析入門(編著)』、『熱設計完全入門』、『トラブルをさけるための電子機器の熱対策設計(共著)』、『熱対策計算とシミュレーション技術』、『プリント基板技術読本(共著)』など。

■E-mailアドレス:
お申し込みには、E-mailアドレス(携帯電話不可)が必要です。
■受講料のお支払い:
後日、受講券・ご請求書を郵送いたします。ご入金は銀行振込でお願いいたします。
なお、振込手数料はお客様のご負担になりますので、あらかじめご了承ください。
■お申し込み後のキャンセルおよび欠席:
お申し込み後のキャンセル、ご送金後の返金はお受けいたしかねます。代理の方が出席くださいますようお願いいたします。
■最少開催人員:
20名。参加申込人数が最少開催人員に達しない場合は、開催を中止させていただくことがあります。