放熱設計 — CAE用語解説

発熱する部品から外部環境へ、いかに効率よく熱を逃がすかを考える設計のことだよ。ポイントは伝導・対流・輻射の3つの伝熱モードをどう組み合わせるかだ。例えばノートPCだと、CPUの熱をヒートパイプで運んで（伝導）、ファンで風を当てて（対流）、筐体から赤外放射もする（輻射）。

ケースバイケースだけど、電子機器では対流が支配的になることが多い。でも密閉筐体でファンが使えない場合は、伝導で筐体全体に熱を拡げてから輻射と自然対流で逃がす戦略が重要になる。この判断を間違えると、実機で温度が上がりすぎて部品寿命が大幅に縮む。

まず発熱量を見積もって、各部品のジャンクション温度が規格内に収まるか熱回路モデルで概算する。次にCAEで温度分布を確認して、ホットスポットがあればヒートシンクやサーマルビアの追加を検討する。この「概算→詳細解析→設計変更」のループを回すのが現場の流れだね。

いきなりフルモデルのCFDを回すと時間がかかりすぎるからね。熱回路の概算で「明らかに足りない」なら先に設計変更して、詰めの段階でCFDに進むのが効率的だよ。EVバッテリーの冷却設計でも、まず1セル分の熱回路で目星をつけてからモジュール全体の3D解析に入るのが普通だ。

この3つは必須だね。

そうそう。放熱設計は試作してから直すと高くつくから、設計初期の概算精度を上げることがコスト削減にも直結するよ。