サーマルビア — CAE用語解説

サーマルビアは、プリント基板の表面から裏面（または内層）へ熱を逃がすために設ける銅めっきのスルーホールだよ。電気信号を通すのが目的の通常ビアに対して、サーマルビアは発熱部品の直下に密集配置して、基板の厚み方向の熱抵抗を下げるのが主な目的だ。

その通り。FR-4の熱伝導率は約0.3 W/(m・K)しかないけど、銅は約400 W/(m・K)ある。サーマルビアを並べることで、厚み方向の等価的な熱伝導率を大幅に上げられるんだ。

実務では個々のビアをメッシュ化するのではなく、ビアの断面積比率から等価熱伝導率を計算して均質な層としてモデル化するのが一般的だ。基本的にはFourierの法則に基づいた熱伝導方程式を解くよ。

一般的にはビア径0.3mm、ピッチ1mm程度で配置することが多い。パワー半導体の放熱パッド直下だと、もっと密に0.5mmピッチにすることもある。ただしビアが多すぎるとはんだが吸い込まれるボイド問題が出るから、製造面との兼ね合いも重要だよ。

• 電子冷却
• プリント基板
• 熱抵抗

そうだね。まずは熱解析で部品のジャンクション温度を確認して、目標温度に収まるようにビアの本数を調整してみよう。裏面にサーマルパッドや放熱板を追加する組み合わせも効果的だよ。