電子冷却 — CAE用語解説

本質的には同じ熱伝導・対流・輻射の物理だけど、電子冷却は「チップの局所的な発熱（ホットスポット）→基板・TIM・ヒートシンクを経た熱経路→最終的に環境温度へ放熱」という多層構造の熱回路をモデル化する必要がある点が特徴だ。チップ1個が数十Wを数mm角のダイで発熱する一方、その熱を適切に拡散・放熱しないとジャンクション温度（Tj）が限界値（例：150℃）を超えて故障する。ICパッケージ→PCBモデリング→筐体内部の自然対流→放熱まで、スケールが桁違いに異なる物体を一つのモデルにまとめる多スケール解析が求められるよ。

TIM（Thermal Interface Material）はチップとヒートシンクの間に挟む熱伝達材料で、接触面の微小な凹凸（空気ギャップ）を埋めて熱抵抗を下げる。グリス（シリコーングリス）、位相変化材料、インジウムはんだシートなど種類がある。FEM解析では接触熱抵抗Rcontact = 1/(hc*A)（hcは接触コンダクタンス）またはTIM厚みとTIM熱伝導率（KTIM = 1〜50 W/mK）でモデル化する。パワー半導体（SiCモジュール）では数百Wが集中するから、TIMの性能と均一性が電力密度の限界を決める重要パラメータだ。

大規模に使われている。データセンターは数千台のサーバーが並んでいて、各ラックの発熱量が数十kWになる。ホット/コールドアイル方式やラック内の気流パターンをCFDで解析して、サーバーの吸気温度が設計限界（例：30〜35℃）を超えないようにレイアウトと空調を最適化する。近年は液冷（ダイレクト液冷、浸漬冷却）への移行が加速していて、液冷プレートの流路設計にCFDが不可欠になっている。NvidiaのH100 GPUは700W超を消費するから、液冷なしでは現実的に冷却できないよ。