ヒートシンク計算ツールの使い方
ヒートシンク計算ツールは、電子部品を安全な動作温度に保つために必要な熱抵抗の目安を求める、放熱設計の初期計算ツールです。
- 消費電力・発熱量を入力する — 部品が熱として放出する電力をWで入力します。
- 許容温度上昇を入力する — 最大ジャンクション温度と周囲温度の差を℃で入力します。たとえば最大100℃、周囲25℃なら75℃です。
- 周囲温度を入力する — ヒートシンクの周囲の空気温度を入力します。
- 結果を確認する — 必要なRθJAと性能の目安を、候補製品のデータシートと比較します。
この結果を使って候補を絞り込んだ後は、実装状態と想定風量での熱試験を行ってください。
ヒートシンク熱抵抗の計算式
ヒートシンクの必要熱抵抗は、許容温度上昇を発熱量で割って求めます。
RθJA = ΔT / P| 記号 | 意味 |
|---|---|
| RθJA | 接合部から周囲までの熱抵抗（℃/W） |
| ΔT | 接合部から周囲までの許容温度上昇（℃） |
| P | 消費電力・発熱量（W） |
ジャンクション温度は次のように表せます。
Tj = Ta + (P × RθJA)Taは周囲温度です。RθJAが小さいほど、同じ発熱量での温度上昇を抑えられます。
性能の目安
| 目安 | RθJA | 用途の例 |
|---|---|---|
| 非常に高性能 | 1 ℃/W以下 | 高発熱CPU・GPU、強制空冷 |
| 高性能 | 5 ℃/W以下 | 中程度のプロセッサ、VRM |
| 標準 | 15 ℃/W以下 | 低消費電力IC、自然空冷部品 |
| 基本 | 15 ℃/W超 | 小型IC、低発熱電子機器 |
前提と限界
この計算は発熱が均一に分布することを仮定した簡易モデルです。気流、取付圧、TIM、基板の銅箔面積、筐体内の再循環、放射、隣接部品の熱などは詳細に扱いません。重要な設計では、部品・ヒートシンクのデータシート、実機測定、必要に応じて熱シミュレーションで検証してください。
ヒートシンク計算の活用例
- PC自作 — 想定周囲温度でCPUクーラーの放熱性能を確認する。
- 組み込み機器 — SBC、FPGA、電源レギュレータの放熱板を選定する。
- LED照明 — 高出力LEDアレイの温度上昇を抑えるための目安を得る。
- 電力電子 — MOSFET、モータードライバ、電圧レギュレータの冷却要件を整理する。
- 教育 — 電力、熱抵抗、温度の関係を学ぶ。
ヒートシンク計算は放熱設計の出発点です。最終的な部品選定は、実装条件を含めた評価で判断してください。