熱回路法 — CAE用語解説

まったく違うアプローチだね。熱回路法は、熱の流れを電気回路に置き換えて解析する方法だよ。温度差を電圧、熱流量を電流、熱抵抗を電気抵抗と対応させる。3D解析と比べて圧倒的に速く概算できるから、設計初期のパラメータ検討に向いてるんだ。

例えばICチップなら、ジャンクション→ダイ→パッケージ→TIM→ヒートシンク→周囲空気という熱の経路を、直列の熱抵抗で繋ぐ。過渡応答を見たいときは熱容量をコンデンサとして各ノードに並列接続する。RC回路そのものだ。

そう、定常なら$\Delta T = Q \cdot R_{th}$で温度差が出る。過渡応答はFourierの熱伝導方程式から導かれるけど、熱回路では各ノードのエネルギー収支として扱う。

例えば5WのICチップで、ジャンクション-ケース間1K/W、ケース-ヒートシンク間0.5K/W、ヒートシンク-周囲間3K/Wなら、合計4.5K/Wで温度上昇は22.5℃だ。周囲40℃ならジャンクション温度62.5℃と即座に出る。

そう、それが熱設計の王道だ。熱回路で全体の温度分布を把握してボトルネックを特定し、そこだけ3D解析で追い込む。実務ではExcelで熱回路を組むことも多いから、まず手計算に慣れておくことをお勧めするよ。