基板熱性能強化の目的と価値

基板の熱性能を強化する最大の目的は、限られたスペースとコストの中で放熱効率を最大化し、高電力基板-基板高密度化が進む電子機器のニーズに応えることです。熱設計を最適化することにより、信頼性と寿命の向上だけでなく、製品の革新性にも大きく貢献します。

たとえば、熱性能を向上させた基板では、同じサイズでもより多くの高出力部品を搭載でき、小型化を実現できます。また同じレイアウトでも出力を強化できるため、応用分野を拡大することが可能です。

特に基板5G基板通信、新エネルギー車（EV）、人工知能（AI）などの分野では、熱性能強化が不可欠です。5G基板基地局のRF基板は複数の高出力チップが同時稼働し、放熱不足があれば信号劣化が発生します。EV基板のバッテリーマネジメント基板基板は高温環境で正確に動作する必要があり、熱性能強化により安全性が高まります。AI基板サーバーの基板GPU基板基板は長時間の高負荷稼働が前提であり、熱設計の不備は演算性能の低下を招きます。さらに、基板自体の放熱性能を高めることで冷却ファンやポンプの稼働を減らし、省エネルギーと環境負荷の低減も実現できます。

基板材料革新による熱性能向上

基板の放熱特性は基材の熱伝導率に大きく依存します。そのため、材料の革新は熱性能を強化する基盤です。

従来の基板FR-4基板は低い熱伝導率のため、高出力用途では限界があります。これに対し、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムといったセラミック基板は基板150～200W/(m基板-基板K)基板の高い熱伝導率を誇り、LED基板照明やパワーモジュールに活用されています。さらに、金属ベース基板PCB（アルミ基板や銅基板）は金属の高い熱伝導性と絶縁層を組み合わせ、特に銅基板は基板400W/(m基板-基板K)基板に達し、EV基板の基板IGBT基板モジュールなどに適しています。

また、銅箔の厚みや表面構造の最適化も有効です。銅厚を基板1oz基板から基板3oz基板に増やすことで熱抵抗を低減でき、表面に微細なテクスチャを持つ銅箔は基材や部品との接触面積を増加させ、伝熱性を高めます。

さらに、熱界面材料（TIM）の進化も重要です。従来の熱伝導グリースは基板1～5W/(m基板-基板K)基板程度ですが、グラフェン系材料は基板50～100W/(m基板-基板K)基板に達し、大幅な熱抵抗低減を可能にします。相変化型パッドは温度上昇に応じて隙間を自動充填し、安定した熱伝導を確保できます。

基板レイアウトと構造設計の工夫

材料に加え、レイアウトと構造設計によっても放熱性能は大きく向上します。

代表例が分層散熱設計です。多層基板基板において「発熱層基板-基板導熱層基板-基板放熱層」という構造を採用し、熱を効率よく拡散させます。大電力インバーターの基板8基板層基板基板では、熱通孔を介して基板IGBT基板の熱を導熱層へ伝え、さらに放熱層に分散させることで、ホットスポット温度を基板18℃基板低下させることが可能となりました。

熱隔離設計も有効です。高温部と低温部をスロットや空気層で区切り、センサーなどの熱に敏感な部品を保護します。実際にスロット幅基板2～3mm基板を設けた基板基板では、低温部の温度を基板5～8℃基板抑制できました。

また、基板の形状設計も放熱に影響します。発熱部から「銅のウィング」を延長して空冷面積を増やす、あるいは基板3D基板基板構造を採用して垂直方向の熱伝導を強化するなどの工夫が行われています。

新技術による熱性能のブレークスルー

近年は新技術の導入により、基板の熱性能向上がさらに加速しています。

基板埋め込み部品技術：抵抗やコンデンサを基板基板内層に配置し、表層の発熱部品密度を下げて放熱スペースを確保。スマートフォンの電源管理基板では基板10℃基板の温度低減が確認されています。

基板一体型設計：基板と筐体基板-基板ヒートシンクを一体化し、接触熱抵抗を削減。産業機器ではアルミ筐体と密着させることで放熱効率が基板30%基板向上しました。

基板スマート冷却：基板に温度センサーを搭載し、リアルタイムでファン制御を行うことで性能を維持しつつ省エネを実現。

基板ナノ材料活用：カーボンナノチューブコーティングやナノ粒子を基材に混合することで、従来を超える熱伝導率を実現。研究段階ながら今後の中核技術として期待されています。

まとめ

基板の熱性能を強化するには、材料選定基板-基板構造設計基板-基板新技術導入という多角的な戦略が欠かせません。5G、EV、AI基板サーバーなどの分野では、熱設計が製品性能と信頼性を左右する重要な要素となります。今後も基板基板メーカーは革新的な材料と設計手法を取り入れ、持続可能で高性能な電子機器の実現に貢献していくことが求められています。