放熱勉強会資料

社内勉強会の資料

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1. 放熱勉強会 2026/5/22 @natsutan 1
2. 2 目次 ・自己紹介 ・半導体は何度まで耐えられるか？ ・放熱の数式 ・装置を開発するときの放熱設計 ・開発事例 ・いつ熱の試験をするか
3. 3 @natsutan ・FPGAとプログラミングが好き ・昔基板とか、装置とか作ってました。 ・最近はロボットのAIが仕事 https://natsutan.hatenablog.com/ 自己紹介
4. 4 半導体は何度まで耐えられるのか？ 半導体のデータシートに仕様として定められています。 FPGAの例。Taと呼ばれる周辺温度で定められている。 https://docs.amd.com/v/u/ja-JP/ds180_7Series_Overview 民生品は0～70℃の物が多い。民生品でも氷点下で使われる可能性がある物（スマホ、カメラ）は、 何かしらの工夫がしてある。 産業用途の場合、少し範囲が広くなる。 これ以外に、車載、医療、軍事、宇宙は別枠のデバイスが使われることが多いです。
5. 5 半導体は何度まで耐えられるのか？ GPUは90℃前後。 https://www.nvidia.com/en-us/geforce/graphics-cards/compare/ NvidiaのGPUはNvidiaの ページで確認できる。 ただし、定格というより はこの値を超えそうにな るとクロックを落とす等 の機能が働く。
6. 6 放熱の数式 基本：熱は消えることは無く大気に逃がすだけ。 （熱力学の第一法則、第二法則） P = ΔT R𝑡ℎ 熱の移動量P(W)は、温度差ΔT(℃）に比例し、熱抵抗 （℃/W）に反比例する。 熱を効率よく移動させるには ・温度差を大きくする ・熱抵抗を小さくする。
7. 7 放熱の数式 P = ΔT R𝑡ℎ 半導体 これが発熱する 空冷式の場合、熱は大気に逃がす。空気とのRthを下げるようにする。 ヒートシンクを使うことで半導体の熱を逃がしやすくなる。 グリス ヒートシンクで空気との接触面 積を増やすことでRthを下げる。 半導体とヒートシンクの表面は 凸凹している。グリスを塗ること でその隙間を埋め、半導体とヒ ートシンク間のRthを下げる https://www.irasutoya.com/2017/05/blog-post_795.html
8. 8 放熱の数式 P = ΔT R𝑡ℎ 半導体 これが発熱する 暖かい空気を冷たい空気に入 れ換えることでΔTを増やす https://www.irasutoya.com/2017/05/blog-post_795.html https://www.irasutoya.com/2017/08/blog-post_205.html 半導体の表面やヒートシンクに風を送ることは、暖まった空気を冷えた空気に置き換える効果が あり、ΔTを大きくできる。逆に言うと暖かい空気を送っても効果が無い
9. 9 装置を開発するときの放熱設計 基板をむき出しにしないよう、普通の装置はケースに入っている。 ケースの中の温度が上がるとΔTが小さくなるので、外の空気と中の空気を入れ換える必要がある。 外気を吸い込むやり方と、中の空気を吐き出すやり方がある。 ファンの向きが違う。 https://www.irasutoya.com/2021/01/pc.html 外気を吸い込む 中の空気を吐き出す
10. 10 装置を開発するときの放熱設計 ノートPCやゲーミングPCでは吐き出すケースが多い 理由はわかりますか？ https://www.irasutoya.com/2021/01/pc.html 中の空気を吐き出す 中の空気を吐き出す https://www.irasutoya.com/2013/01/blog-post_2772.html
11. 11 装置を開発するときの放熱設計 吸い込むケースのメリット ・ユーザーに熱風を当てない ・空気の入り口が絞れるのでホコリ対策をしやすい https://www.irasutoya.com/2021/01/pc.html 外気を吸い込む 空気の入り口がここ になるので、ここだ けフィルターをつけ れば良い
12. 12 装置を開発するときの放熱設計 ２つつけたら最強では？ ・信頼性の低下（壊れる箇所が2か所になる） ・配線の増加 ・共振、うなりの問題 ・コスト増加 これらの理由であまり見ない。 https://www.irasutoya.com/2021/01/pc.html 外気を吸い込む 中の空気を吐き出す
13. 13 開発事例 実際の開発例 放熱用のシミュレータがあるが高価。 段ボールでモックアップを作る。 https://www.irasutoya.com/2017/12/blog-post_531.html GAME 実際の大きさを経営層に見せる。 ケーブルの取り回しの確認 コネクタや部品の配置は大体この時点で決まる 新規の製品開発で一番楽しい時期 中の基板なども再現して、 組み込む。 ネジの取り回しなども確認
14. 14 開発事例 実際にファンをつけて回し、線香の煙で風の流れを確認する。 https://www.irasutoya.com/2017/12/blog-post_531.html GAME ファンを回す 箱に少し穴をあけ て、線香を入れる。 煙を見て風が通っ ているか確認する
15. 15 いつ熱の試験をするか https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%81%92%E6%B8%A9%E6%A7%BD 普通は開発も大詰めになったころ、恒温槽という物に装置ごと入れてテストを行う。 プログラムで温度が上がったり、下がったりする。 製品の動作範囲で温度を上げ下げして、正しく動 くことを確認する。（数時間） ここでエラーがでるとどうしようもなかったりす るので、最後にやるのは危険。
16. 16 いつ熱の試験をするか https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%98%E3%82%A2%E3%83%89%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%A4%E3%83%BC 最初にある程度動いたら、熱くなりそうなテストプログラムを走らせて動作確認する。 できたらドライヤーで温めてマージンも確認する。 熱暴走しないことを確認してから、チーム内へ展開する。 （怪しい動きをしたときに、熱じゃないと確信を持つ） https://www.irasutoya.com/2017/12/blog-post_531.html 熱風
17. 17 いつ熱の試験をするか 熱の問題切り分け方法 ・温めたいときはシンプルにドライヤーで温める。 ・冷やしたいときはクーラー全開、冬なら窓とドア全開。 冷やしてもエラーが出るなら熱の問題ではない。 冷やしてOK, ドライヤーでNGなら熱の問題。
18. 18 まとめ 放熱の基本は、熱を逃がすこと P = ΔT R𝑡ℎ この数式を頭に入れておく 実機でやるときは、温めるときはドライヤー、冷やすときは空調で 熱の問題は早めにつぶしておいた方が良い