設計者様必見!基板の小型化のために押さえておきたいポイント

製造

まず、基板の小型化を実現するためには、主に、

・デッドスペースを削減

・部品点数の削減する

・小型のデバイスを採用する

上記の3つをクリアしなければなりません。

 

さらに、小型化を実現するには、同時に熱対策も考慮しなければ

いけません。

 

この電子部品の熱対策がしっかり出来ていないと、

誤作動が生じたり、製品の寿命に大きく関わります。

また、人が触れないほど熱くては、そもそも製品としてNGですよね。

 

では、このような条件下で、どのような「熱対策」が出来るのでしょうか。

下記、その対策のポイントをご紹介いたします。

 

基板で行う対策① 放熱を構造的に考慮する

 多層基板を使用することで、基板の銅箔残量率を多くなり、

 結果的に放熱効果を高くすることが出来ます。

 しかし、小型化の際には、デッドスペースを削減する必要があるため、

 ビルドアップ工法、IVH等の工夫が必要になります。

 

 さらに、放熱効果を上げるには、サーマルビアがあります。

 これは、基板パターン上に開けた小穴(φ1.0~φ0.3)に銅メッキをした物で、

 複数個(N個)設けることで、熱抵抗を1/Nに下げることが出来ます。

   

基板で行う対策② 放熱性の高い基板を指定する

 熱伝導率の高い基板(CEM-3、アルミ基板等)を使用すれば、

 放熱効果を高めることが出来ますが、これらは多層化することが出来ません。

 そのため、多層基板ができ、且つ放熱性の高い基板を指定する必要があります。

 

 例えば、アート電子ではFR-4より放熱性の高い基板である「FR-5相当」

 過去にご提案したことがあります。

 

デバイスで行う対策① デバイス自体も極力発熱しないものを選ぶ

 デバイスに関しても、小型のデバイスを使用する必要があります。

 その中でも、極力発熱しないものを使用する必要があります。

 

 例えば、当社ではリニアレギュレーターではなくDCDCコンバーターを

 選定するケースがあります。一般的に、リニアレギュレーターの場合、

 電源の変換効率は約50~60%ですが、DCDCコンバーターの電源変換効率は

 約90%です。そして、DCDCコンバーターはリニアレギュレーターより

 部品形状がコンパクトという特徴があります。従って、DCDCコンバーターは

 リニアレギュレーターより発熱を抑えられ、且つ小型化に適しています。

 ただし、リニアレギューレーターからスイッチングに変更すると、

 部品点数が増える可能性があるので、用途に応じて使用する必要があります、

 

 

デバイスで行う対策②  デバイスの配置も考慮する

 熱対策に置いては、デバイスの配置も考慮する必要があります。

 例えば、発熱部品(IC・FET・Lなど)を分散させて実装したり、

 あるい部品配置は基板全体にまんべんなく配置するなど、

 放熱を考慮した(機構的にも考慮して)配置を考慮する必要があります。

 

 

熱を外に逃がす対策① 

 これまで述べてきたような対策を行っても、どうしても熱がこもり

 製品として機能しないケースが多くあると思います。

 

 そんな中、実際アート電子で行っている対策としては下記があります。

 

 

     a.ヒートシンクを使用する

   ヒートシンクの選定に関しては、素子の熱抵抗値より、熱抵抗値が小さい

   ヒートシンクから選定しております。

    

  b.放熱ファンを使う

   発熱が大きい場合は、ファン等での強制空冷の必要性が出てきます。

   ただし、筐体にスペースがある場合のみ適応できるので、

   小型化でないケースが多いです。

 

  c.放熱シートをデバイスに貼り、筐体に逃がす

   ゲル状で厚みのある放熱シートや熱伝導シートを部品や基板に貼り、

   放熱したり、ゲル状の厚みのあるシートなどを基板とケースの隙間に

   挟み放熱する方法を行っております。

   例えば、車載用基板には富士高分子工業株式会社のサーコンシリーズなどが

   よいかと思います。

 

その他、電子回路の放熱対策はこちらをご覧下さい。

https://www.noise-counterplan.com/category/2008174.html#3

 

いかがでしょうか。基板の小型化を進める上では、上記内容をトータルで

考えて、製作していく必要があります。そのため、試作を繰り返して

完成させることが1番の近道かと思います。

 

ちなみに、アート電子はパターン設計からノイズシミュレーション、

ハード設計・実装・筐体まで組むので、こうしたものをトータルで

カバーすることが可能です。

 

一度、当社の試作サービスをご利用してみてはいかがでしょうか。

 

試作サービスはこちら!

https://www.art-denshi.co.jp/wp/?page_id=1322

 

ご不明点等ございましたら、お気軽にご相談下さい。