■基板層数低減を実現しますなどの対策により、層数低減をご提案し、お客様の原価低減に貢献いたします。
- パッケージのピン配置の入れ替え
- 部品配置の最適化
- 配線の引き出し方、ビアの打ち方などの考慮
|
|||||||||||
 |
→ |  |
|||||||||
■最適なピン配置をご提案します 不要な配線やビアの引き出し方を考慮することで電源プレーンの安定化を図ります。 お客様のメリット
- 配線・実装面積縮小
- 安価な基板
- 基板層数低減
| 悪いピン配置の例 | 最適ピン配置の例 | |
 |
→ |  |
| 電源・GNDプレーン に連続穴があく | 無駄なビアが減り、ボード伝送特性、 給電性能が向上する |
 |
→ |  |
WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。
荷重による局所的な応力集中は、変形・破断等の重大な問題を発生する場合があります。 リスク対策として、事前の強度検証が必要です。
|
製品の輸送・荷重における筐体の強度に懸念はありませんか？
|
|
輸送時・荷重時に局所的な応力集中が発生し、フレームの変形等が発生する場合があります。
シミュレーションで事前に強度検証および対策案の提案を行います。
|
↓
| 製品の取り付け状態（ねじ止め時の筐体の変形等）をふまえた解析で、 要因を分析して対策案の提案をさせていただきます。 （追加試作・評価で発生する100万円単位のロスコストを低減） |  |
|
＜Wave Technology（WTI）の特徴＞
|
|
・その他のシミュレーションサービス ・機構・筐体の設計（防水、小型化） ・構造・応力解析に戻る ・WTIブログもご覧ください 製品の熱マージンがもうない！正しく予測するには半導体を知る必要がある 2017年度インターンシップの受入を終えて 温度変化で発生する熱応力は、想像以上に大きい ・社長ブログ（シミュレーション関連） 1DAYインターンシップ やってま～す♪ 「熱反り計算ツール」のお問合せが増えています 微細化・高密度化が進むプリント基板、信頼性をどう担保するか？ ※※ お役立ち情報のご請求はこちら ※※ 【当ページ関連の資料タイトル】 ●「半導体パッケージの熱抵抗測定技術」 ●「応力シミュレーション事例
複雑な構造の製品において落下衝撃に対する対策は、経験による対応が難しくなっています。 WTIではシミュレーションで構造的な課題を抽出し、コスト・組立性等を考慮した対策案をご提案します。
|
落下・衝撃の問題で対策に追われていませんか？
|
|
|
↓
| パッケージ構造を考慮したシミュレーションで落下・衝撃時の 信頼性の最適化に向けた改善案を提案させていただきます。 （追加試作・評価で発生する100万円単位のロスコストを低減）落下・衝撃に関する問題を検討する際は、一度ご相談ください。 |  |
＜Wave Technology（WTI）の特徴＞
|
|
・その他のシミュレーションサービス ・機構・筐体の設計（防水、小型化） ・構造・応力解析に戻る ・WTIブログもご覧ください 製品の熱マージンがもうない！正しく予測するには半導体を知る必要がある 2017年度インターンシップの受入を終えて 温度変化で発生する熱応力は、想像以上に大きい ・社長ブログ（シミュレーション関連） 1DAYインターンシップ やってま～す♪ 「熱反り計算ツール」のお問合せが増えています 微細化・高密度化が進むプリント基板、信頼性をどう担保するか？ ※※ お役立ち情報のご請求はこちら ※※ 【当ページ関連の資料タイトル】 ●「半導体パッケージの熱抵抗測定技術」 ●「応力シミュレーション事例
| 製品の温度サイクル試験の問題で対策に追われていませんか？ パッケージ構造を考慮したシミュレーション結果のご提供により、温度サイクル試験の寿命を改善し、不要な評価のコスト削減や寿命改善に向けた対策をサポートします。 |
電子機器の市場動向は小型化・高密度化を求めており、その一方で信頼性(寿命，温度領域等)には、高いスペックを求められるケースが急増しています。車両用電子機器や屋外設置用機器は、夏の炎天下から寒冷地までさまざまな温度条件への適合性が求められます。また、屋内機器であっても、低温環境から高温環境まで機器の設置環境ごとの温度条件への適合性が求められます。そのため、厳しい温度変化に対する長期的な信頼性の確保が更に重要となってきています。
実使用環境下におけるはんだ接合部の問題の一つが、熱に基因する熱疲労破壊です。電子部品と基板は多くの場合、線膨張係数が異なるため、電子部品の自己発熱や外部からの輻射熱などによる温度変化が発生すると部材間に熱膨張差が生じ、構造強度上最も弱いはんだ接合部周辺に応力が集中します。この温度変化の繰り返しによって、はんだ接合部や配線パターンに熱疲労によるクラックが発生し、最終的に破断・断線に至ります。
 QFP |
 BGA |
|
はんだ接合部の断面研磨写真（温度サイクル試験の不良品） |
|
電子機器内の基板には、大小さまざまな電子部品や半導体デバイスが実装されています。その中で電子機器の高性能化（小型化）に向けて、使用する電子部品は変化していきますが、新しい電子部品に対する設計ルールがない場合があります。
BGA（Ball Grid Array） やCSP（Chip Size Package）などのパッケージは、QFP（Quad Flat Package）などの従来のパッケージに比べると、リード部による応力緩和が期待できないため、パッケージと実装する基板との熱膨張差の影響が大きくなり、信頼性の確保が難しいパッケージ構造となります。
 QFP（リード部） |
|
|
温度変化によるQFPとBGAの変形傾向の差異 |
|
電子機器におけるはんだ接合部の熱疲労破壊を対象とした寿命評価・予測は重要であり、製品開発では長期的な信頼性を確認するために加速試験（温度サイクル試験※）を実施しています。
※半導体デバイスの環境及び耐久性試験方法
JEITA ED-4701/100A（試験方法105A 温度サイクル試験）しかし、温度サイクル試験は、結果を得るには数週間～数ヶ月の期間を要します。また、現在の電子機器は構造が複雑、かつ電子部品が密集して基板に実装されているため、温度サイクル試験だけでは不良が発生しても、その要因・対策が分かりません。そのため、製品開発では設計・試作・試験を繰り返し、結果として製品開発期間が長くなり、開発コストが高くなる場合があります。
温度サイクル試験におけるはんだ接合部の寿命予測はひずみ振幅を考慮した（1）（2）式で示す修正コフィン・マンソン（Modified Coffin-Manson）則が一般的に知られており、シミュレーションでひずみ振幅を計算して、寿命を予測します。
CSP及びBGAパッケージの実装状態でのはんだ接合部の耐久試験方法
JEITA ET-7407B（附属書A はんだ接合部の温度サイクル試験の加速性について）
(2)式より、市場条件と試験条件の加速係数Afを求めると、(3)式となる。
ここまでご説明してきましたように、電子機器の温度変化に対する長期信頼性の確保が重要となる中、新しい構造の電子部品や半導体デバイスを採用する場合は、設計ルールを新たに設定するかどうかを実設計作業前に判定する必要があります。この判定を省略すると、設計後に信頼性上の問題が発覚し、設計の手戻りが発生する可能性が高まり、結果的に製品開発期間の長期化と開発コストの増加を招く恐れがあります。
そこで、新しい構造の部品採用に対しては、以下の手順を踏むことが強く推奨されます。
１．温度サイクル試験を実施する。（製品レベルではなく、事前検証サンプルで実施）
２．温度サイクル試験の結果から実製品の寿命予測、及び、長寿命化に向けた分析・対策を検討する。（１．のみの実施では対策の知見が得られず、実製品の開発にフィードバックができなくなります。）
WTIでは、長年にわたる半導体ベンダやセットメーカ（車載機器、モバイル機器、屋外設置機器、等）との協業実績から、半導体部品の内部構造の知見だけでなく、様々な使用環境に対応したシミュレーションのノウハウがあります。また、温度サイクル試験サンプルの分析（破断箇所の特定、断面研磨確認、等）を行い、シミュレーションへフィードバックして寿命予測の精度向上に努めています。これら蓄積データに基づき、経験豊富な専門スタッフが、お客様の課題解決に向けたご提案をさせていただきます。
X線による水平構造の調査 断面研磨による縦構造の調査
半導体部品の内部構造をシミュレーションモデルへ反映
シミュレーション活用が初めてのお客様からは「シミュレーションの依頼に何が必要ですか？」、「どのような結果を得られますか？」といったご質問をいただきます。WTIではお客様にご安心いただけるように、ご相談いただいた際にインプットからアウトプットまでのイメージをお客様と共有するようにしています。それからご依頼をお受けいたしますので、まずはお気軽にご相談下さい。（ご相談は無料です）
※シミュレーション以外でも、評価環境の改善やデータ解析の自動化、等のご相談にも対応いたします。
・その他のシミュレーションサービス
・機構・筐体の設計（防水、小型化）
・カスタム計測・受託評価・WTIブログもご覧ください
製品の熱マージンがもうない！正しく予測するには半導体を知る必要がある
2017年度インターンシップの受入を終えて
温度変化で発生する熱応力は、想像以上に大きい・社長ブログ（シミュレーション関連）
1DAYインターンシップ やってま～す♪
「熱反り計算ツール」のお問合せが増えています
微細化・高密度化が進むプリント基板、信頼性をどう担保するか？※※ お役立ち情報のご請求はこちら ※※
【当ページ関連の資料タイトル】
●「半導体パッケージの熱抵抗測定技術」
●「応力シミュレーション事例
WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。
■目次
半導体の熱抵抗を正しく測定できていますか？
 ダイオード |
 |
測定用素子として良く利用されるダイオード（PN接合）の特性を理解しないと、正しく測定できない場合があります。
●ダイオードのI-Vカーブは指数特性で表現される
ダイオード（PN接合）のI-V特性 |
■ショックレーのダイオード方程式 I=Is〔exp(qV/nK T）-1〕 |
|
具体的にはどういうこと？
電流側（Y軸）を対数で見ると・・・
 |
 |
| ⇒この関係が正しいのであれば、 熱抵抗取得時の電流・電圧条件は選び易い。 |
|
しかし実際は・・・
 |
| ＜実際に測定条件を決める場合＞ « 直列抵抗成分の影響を極力受けない電流条件を選択する。«（C）の拡散電流についても考慮必要だが、現実的な電流設定範囲より十分低い電流範囲となるため、検討上は除外しても影響はない。 |
 |
 |
直列抵抗成分も含めた ｋファクタ（温度特性） だから問題ないのでは？ |
| →：本来の温度ドリフトイメージ | →：直列抵抗成分が含まれる場合 |
| ・・・実際には、問題となるケースが多い 熱抵抗測定時に、直列抵抗成分の要因部分と純粋なダイオード部分が 均一の温度上昇すれば問題ないが、実際にはそうでないケースが多い。 |
この条件を考慮しなかったら・・・
|
熱抵抗測定用TEGを用いた測定結果差
参考）シミュレーション結果： 116.7℃/W |
測定電流の妥当性考慮が大きく結果に影響を及ぼす。
測定差異の要因を分析すると・・・
| Kファクター取得時 | 熱抵抗取得時 |
 |
 |
 |
 |
|
直列抵抗成分がクセモノ！ ⇒Kファクター取得時は、測定対象全てが均一温度 |
 |
＜TEG測定の課題１＞ Diは本当に純粋なダイオードの特性を示すか？ ⇒半導体の電位固定用構造が用意されていない＜TEG測定の課題2＞ R HeatとDiの温度は同じか？ ⇒熱的距離は結果に意外に影響する |
| 熱特性を把握するには、今まで解説してきた測定電流値のみではなく考慮すべき事項が多々存在する。 『寄生回路』 ⇒半導体内の回路構造（島分離構造）を把握する必要がある。 『発熱源と温度検出用素子の位置関係』 ⇒シミュレーションとの整合で精度を上げていくことを推奨する。 |
| Point1 ： 温度検知用素子への電流値条件 ⇒ 直列抵抗成分の影響を極力排除した条件設定が必要 |
| Point2 ： 寄生回路の影響 ⇒ TEGの接続条件によっては、デバイス構造に起因した 寄生回路が構成され、測定結果に大きく影響する。 |
| Point3 ： 熱源・温度検知素子 ⇒ 熱源と温度検知用素子の位置関係によっては、正しい 熱源温度をモニターできていない可能性がある。 |
⇒上記Pointが考慮されないと
熱抵抗を測定するためのTEGを使っても正しい熱抵抗が測定できない！
製品環境でのパッケージ熱抵抗を正しく求めるためには、実デバイスを使った熱抵抗解析を
高精度に評価する技術が必要となります。
| ＜実デバイスの熱特性評価＞ l 従来一般的に行なわれてきている手法 l その問題点 l 弊社が考案した手法の実例紹介 |
 |
『電源・GND逆接により構成される寄生Diを用いた発熱と温度検知』
 |
| インバータ回路の電源・グラウンドを逆接した場合のイメージ図 |
| 半導体内には、このようにPN特性を抽出できる部位が無数に存在している |
『実際には純粋なPNのダイオード特性のみではなく、寄生回路も同時に動作する』
 |
| インバータ回路内での寄生回路動作の一例 |
| マイコンのVCC-GND間を逆接続状態にし、 PN接合順方向動作（させたつもり）時の マイコンチップ表面温度分布 |
チップ面全体を均一に発熱させたいが、 温度ムラが見られる。 『なぜか？』 ＜原因１＞ ダイオードと寄生回路素子の並列回路が 動作するため、チップ面内で動作が不均一 になり、電流集中が発生する場所が出来る。 ＜原因２＞ ＜原因３＞ |
 |
VCC系端子のクランプ特性を用いた局所発熱
 |
| VCC系端子に高電圧を印加すると、PN接合部が逆バイアス状態となり、 一定電圧を超えると、ブレイクダウンする（アバランシェブレークダウン）。 ⇒ この現象を活用した実例を紹介 |
★従来手法の問題点を解決したい
| ＜既存手法の問題点＞ ⇒ チップ全体でなくても、動作エリアを確実に把握できる発熱源を使いたい ⇒ 印加電流を押さえ、ジュール熱の影響を受けないよう電力供給を行いたい ＜解決策＞ 高耐圧のエリアをクランプさせ低電流・高電圧で発熱させる AVCCは高耐圧クランプが期待できる（10V以上の耐圧が望ましい） |
★クランプ耐圧を使う場合の測定上の効果
 |
クランプ発熱時、耐圧が温度と共にPositive側にシフトする。 この特性により、該当領域の温度を均一に保つことができる。⇒耐圧の低い部分に電流が流れ、温度を上昇させる。 温度上昇により耐圧がPositive側にドリフトするので 結果的に該当領域全体が均一耐圧及び均一温度に 自動的にコントロールされる。 |
★製品発熱ブロックでの熱抵抗が求まるか？
| 仮にAVCCのような端子を選択した場合、動作エリアはアナログブロック に限定できるが、肝心のパッケージ熱抵抗算出にあたっては問題に ならないか！ ・・・・・熱抵抗測定で用いたブロックと製品発熱ブロックの違い |
| 熱シミュレーション技術とコラボレートすることで、解決できる！ |
 |
| 赤枠領域はアナログブロック領域に相当する。 AVCCに電流を供給し電圧クランプさせると、アナログ領域が均一に発熱する。 また、 GND⇔VCCの順バイアス時に比べ、パッド及びワイヤ部ジュール発熱の 影響が殆ど見られない。アナログ領域に存在するI/Oを使えば、I/OのESD保護Diを何れか1素子任意に 選択し、該当領域の温度を正確に知ることができる。 |
熱シミュレーションを行なってみたところ・・
 |
|
|
 |
|
| 局所発熱モデルにおいて実測と熱シミュレーションの 整合モデルが作成出来ていれば、任意発熱時の 熱抵抗がシミュレーションで解ける。 |
更に、本技術を使えば
製品環境で熱抵抗を高精度に検証することが可能。
弊社では、実測～シミュレーションまでの一貫した受託サービスと合わせ、
熱抵抗検査装置を独自設計できる技術を保有しております。
| システム紹介 | |
 |
＜システムの詳細仕様＞ ・最大10chでの並列測定が可能 ・定電流、定電圧、定電力の3モードに対応 ⇒2端子制御の制約内で定電力コントロールが可能 ・定電流、定電圧、定電力の3モードにおいて PWMによる発熱動作が可能 ・定常/過渡の両方に自動測定対応可能（過渡は条件付き） ・全波形情報を自動保存し、Viewer機能で集録可能 ・新しいJEDEC規格である“JESD51-14”に対しても、 検査装置自体は標準対応（冷却過程での測定） ★今回提案の新方式にも全ch対応可能 市場のあらゆるニーズにご対応します。 事例は弊社開発専用装置であり、ご要望に応じ最適仕様 のシステム提案が可能です。 |
・イントロダクション
・ダイオードのI-Vカーブはどんな意味を持っているか？
・直列抵抗成分をもう少し詳しく解説すると
・単純TEGモデルにおいても考えるべき事は多い・・・
・TEG測定での落とし穴
・製品環境でのパッケージ熱抵抗測定技術
・従来一般的に行なわれてきている手法
・従来手法の問題点
・ダイオードと寄生回路が混在した状態した場合、どのような動作になるか？
・弊社が考案した手法の実例紹介
・弊社考案方法の方向性
・具体例紹介・・・ SH2マイコンを使った確認事例
・製品動作時発熱エリアを考慮した熱抵抗はどうなるのか？
・熱抵抗検査装置ご紹介
・熱流体解析を用いた放熱対策
・その他シミュレーション技術・WTIブログもご覧ください
製品の熱マージンがもうない！正しく予測するには半導体を知る必要がある
2017年度インターンシップの受入を終えて
温度変化で発生する熱応力は、想像以上に大きい
2018年度 1DAYインターンシップ実施中♪
半導体パッケージの実装信頼性評価に向けて ～破断個所を特定するデイジーチェーンサンプル～
シミュレーション結果のフィードバック先は機構設計
熱問題の対処には予防診断が必要！・社長ブログ（シミュレーション関連）
1DAYインターンシップ やってま～す♪
「熱反り計算ツール」のお問合せが増えています
微細化・高密度化が進むプリント基板、信頼性をどう担保するか？※※ お役立ち情報のご請求はこちら ※※
【当ページ関連の資料タイトル】
●「半導体パッケージの熱抵抗測定技術」
●「応力シミュレーション事例
WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。
箱物筐体製品の放熱対策を行う際、筐体壁から外気へ熱輸送させる対策が大半です。
このような、筐体を使った放熱対策を熱輸送の３要素から簡単に説明します。＜熱輸送の３要素＞
- 対流熱伝達
- 熱を帯びた分子の移動による熱移動
- 放射（輻射）
- 電磁波による熱移動
- 熱伝導
- 物質内の格子振動・自由電子による熱移動
■目次
- 説明に使用するモデル仕様
- 対流熱伝達による放熱効果
- 対流熱伝達による放熱効果のまとめ
- 放射による放熱効果
- 熱伝導による放熱効果
- 熱伝導の盲点
- 放熱対策に多大な費用をかけていませんか？
- 発熱部品の厳密モデルを作るには
- 発熱部品を高精度に分析する熱測定技術
| 部材 | 材料 | 熱伝導率（W/mK） | 放射率 | 発熱量（W） |
| 筐体 | アルミダイキャスト | 121 | 0.03 | - |
| FIN | アルミダイキャスト | 121 | 0.03 | - |
| IC配置台 | アルミダイキャスト | 121 | 0.03 | - |
| IC | Resin | 1 | 0.9 | 20 |
プレートFINを設計する場合、FIN枚数を何枚に設定すべきか迷うと思います。
|
|
|
|
| FINの羽枚数は、 ※ 少なすぎるとFIN表面から外気へ熱輸送する面積が低下するため、効果が下がります。 ※ また、多すぎるとFIN間に十分な風が流れず効果が下がります。 つまり、FINは放熱効果のピークを持つ放熱部材です。 |
＜下記は、今回のモデルの検証結果です＞
FINを8枚～30枚まで2枚間隔で解析した結果です。
|
|
|
| FIN枚数8枚 | FIN枚数18枚 | FIN枚数30枚 | |
| FINの表面積が少ない | 最適領域 | FIN間に風が流れにくい領域 | |
| 風 速 分 布 図 |
 |
 |
 |
| 考 察 |
風速は十分であるが、外気に 触れるFINの表面積が少なく |
風速、FINの表面積ともに適切 なサイズであるため、放熱効果 が最大となる。 |
FINの表面積は十分であるが、 必要な風速が得られていない ため、放熱効果が下がる。 |
| 更に、製品の外形・材料・発熱部材の位置など、マイナーチェンジの製品開発には 再度FINの最適解を求めなくても対応可能と考えます。 |
|
グラフの見方を変えれば |
最適なFINピッチが求まります |
放射による放熱は、見落としがちな熱輸送です。
金属筐体・密閉製品には放射による放熱は有効な手段です。
|
＜アルミダイキャスト＞ 同じアルミダイキャストでも、表面状態によって下記通り、放射率が異なります。
|
また、放射量は下記式の通り物体表面温度の４乗で増加するため、物体表面温度（空間温度も含む）が上昇すれば
指数的に放熱量が上昇します。
| 熱放射量 ＝ 定数 × 放射率 × 物体表面温度4 |
| ＜参考＞ 熱放射とは、真夏の砂浜は70℃を超えます。しかし、気温は30℃程度です。これが地球（地面） と太陽の間での熱放射による影響です。熱放射は、電磁波で熱輸送されます。 |
アルミダイキャストに対し、上に記載した表面処理別で熱解析を行った結果は以下のとおりです。
 |
＜放射率ε= 0.03＞ |  |
 |
||
| ＜放射率ε= 0.95（塗料）＞ | ||
 |
| 熱伝導による放熱効果は右のとおりであるため、 材料の熱伝導率・厚みの選定が放熱の鍵となる。 |
 |
| ●ICを筐体壁面等に設置する場合、必ず必要になる TIM（*1）の材料選定一つでIC_Tj温度に差がつく。 （*1）TIM： Thermal Interface Material |
 |
 |
 |
|
|
熱伝導による熱輸送を上げるため、厚みを薄くすれば放熱効果が確実にあがるわけではありません。
 |
熱伝導による熱輸送を上げるため、FIN BASE厚みを少なくすると |
 |
|
| Tj-Tfin間の熱抵抗は下がるはずが、結果は逆の傾向を示す。 これは、熱拡散（45°拡散）による熱の広がりがFINの縦方向のサイズと合っていないために発生する現象です。 この現象を回避するには！ |
＜対策例＞
FINに熱を伝える前に、熱を拡散する。
 |
ICの配置台の熱伝導率を向上させ、熱源付近の熱を拡散する。 熱伝導率の高い部材で熱を拡散する。 |
|
＜なぜ、放熱部品のコストが注目される？＞ 放熱部品は、製品の機能Upを行う部品ではない。 ↓ 放熱対策部品を安くする = 製品単価が下がる |
 |
↓
|
＜正しい温度把握を行う事で、熱マージンは極限まで抑えられる＞ 製品の熱設計を行う現場では、熱の把握を行うのに熱流体解析ツール（Sim）を活用するケースが多いと考える。（熱流体解析の精度も、年々向上している。） ＜原因＞ 発熱部品（半導体PKG）のSimモデルを厳密に作成できないためである。 |
発熱部品の高精度な熱把握がコスト削減の鍵となる。
下記フローの通り、3つの知る技術と2つのノウハウ技術が必要
 |
次項で、既存技術と弊社独自技術の違いを説明します。 | |
 |
 |
|
| Mold開封によるChip分析 | 断面研磨による構造サイズ調査 | |
 |
 |
|
| PKGのシミュレーションモデル | 局所発熱時のChip表面温度分布 | |
＜熱抵抗解析メーカーとの違い＞
 |
 |
| ＜大半の熱抵抗解析メーカー手法＞ | ＜弊社の特許技術手法＞ |
＜問題点＞
電源（Vcc）とGNDを逆接続し、半導体にある
寄生Diを使い測定するため、下記問題が発生する。
● Chip表面が均一温度にならない
● 測定箇所が特定できない → 正しく測定できているかの評価さえできない(-_-;)
● Wireのジュール熱の影響が出る↓
問題点を解消した技術
＜特徴＞
半導体内の高耐圧ブロックに対し、順方向の
電流で特定ブロックをクランプさせ、特定部位
のみを均一に発熱させる技術で測定する。→
発熱後
《技術コンサルティングのご案内》
WTIは、熱・応⼒解析のコンサルサービスを「テクノシェルパ」のブランド名で行っております。以下のようなお悩み・ご要望にお応えします。
- 「放熱の⼿段をいろいろ試したが、スペックに⼊らない」
- 「⾃社の熱シミュレータがうまく使えていない。どのようにすれば正しく熱設計ができるか教えて欲しい」
- 「新たな機種を開発するがこれまでの製品とは⼤幅に異なるので、熱設計の⽅向性を指南いただきたい」
詳しくは「テクノシェルパ」の熱・応⼒解析コンサルサービスのページをご覧ください。
・説明に使用するモデル仕様
・対流熱伝達による放熱効果
・対流熱伝達による放熱効果のまとめ
・放射による放熱効果
・熱伝導による放熱効果
・熱伝導の盲点
・放熱対策に多大な費用をかけていませんか？
・発熱部品の厳密モデルを作るには
・発熱部品を高精度に分析する熱測定技術
・「熱課題」簡易診断サービス ～放熱設計を始めるなら開発初期から！～・WTIブログもご覧ください
製品の熱マージンがもうない！正しく予測するには半導体を知る必要がある
2017年度インターンシップの受入を終えて
温度変化で発生する熱応力は、想像以上に大きい
2018年度 1DAYインターンシップ実施中♪
半導体パッケージの実装信頼性評価に向けて ～破断個所を特定するデイジーチェーンサンプル～
シミュレーション結果のフィードバック先は機構設計
熱シミュレーションは簡単にはできない・社長ブログ（シミュレーション関連）
1DAYインターンシップ やってま～す♪
「熱反り計算ツール」のお問合せが増えています
微細化・高密度化が進むプリント基板、信頼性をどう担保するか？
熱解析（熱シミュレーション）の対象は、半導体１個から建物丸ごとまで※※ お役立ち情報のご請求はこちら ※※
【当ページ関連の資料タイトル】
●「半導体パッケージの熱抵抗測定技術」
●「応力シミュレーション事例
WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。
CAE解析と熱評価の経験豊富な専門技術者が課題解決をサポートします。
Wave Technology（WTI）のCAE受託解析サービス
- CAE（Computer-Aided Engineering）解析とは、設計者が机上でシミュレートおよび分析する手法です。
- 設計者は実際の条件をシミュレートし、さまざまなシナリオで設計条件をテストできて結果を可視化することが可能です。
- また、評価では切り分けが難しい要素の影響（物性値、構造、発熱量、など）を個別に分析することが可能で、試作品を作成する前に製品のパフォーマンスと信頼性を向上させることができます。
CAE解析は通常、製品の設計および開発プロセスのさまざまな段階で実施されますが、開発初期ほど設計の自由度が高く、量産に近づくほど、設計自由度は低下していきます（開発が進行するにつれて問題を修正するためのコストが増加）。
そのため、CAE解析を開発初期に実施（フロントローディング）して、開発後半の遅延や変更のリスクを減らすことが重要です。【製品開発の各フェーズにおけるCAE解析の自由度】
CAE受託解析サービスは、開発初期段階にご利用いただくことがお勧めです。
ご相談いただいた際に、CAE解析の進め方や報告書のイメージをお客様と共有してからご依頼を受けさせていただきますのでご安心ください。
【CAE受託解析サービスの報告書イメージ】
CAE受託解析の費⽤は、規模や内容で変化しますので、一度ご相談ください。
ご相談いただいた内容から課題解決に向けてCAE解析の条件・費用を提案させていただき、ご納得いただけた内容で進めさせていただきます。
CAE 受託サービス以外にも以下のようなサービスがございます。
月々の定額料金の範囲内で対応可能な設計業務や評価業務などを、お客様とのお打合わせで決定し、月単位で成果物をお納めするサービス
（依頼毎の見積りや発注作業を省けるため、お気軽にCAE解析をご活用いただけます）CAE解析の技術アドバイスをご提供するコンサルティングサービス
【関連リンク】
- 熱流体解析 受託サービス
- 応力・構造解析 受託サービス
- 熱流体解析を用いた放熱対策
- 応力解析を用いた強度検証・対策
- WTIブログもご覧ください
製品の熱マージンがもうない！正しく予測するには半導体を知る必要がある
2017年度インターンシップの受入を終えて
シミュレーション技術者の悩みどころ
熱シミュレーションは簡単にはできない
温度変化で発生する熱応力は、想像以上に大きい
CAE解析における熱応力の考え方
シミュレーション結果のフィードバック先は機構設計
熱問題の対処には予防診断が必要！
電子機器の構造評価で確認すべき内容とは？
後付け熱対策、追加熱対策が必要！どうする？
CAE解析を活用した機構設計
WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。
近年注目が高まっている無線電力伝送技術の開発を進めています。龍谷大学 石崎研究室のご指導をいただき、特に伝送距離を伸ばすことが可能となる共振器結合方式に関する設計技術を構築いたしました。
【知財権】
特許第6024013 号 「無線電⼒伝送システム」
特許第6024015 号 「無線電⼒伝送装置」
特許第6644234 号 「無線電⼒伝送装置」
※共振結合コイルの設計技術
|
* お客様のご要望に応じて対応可能 |
|
 |
 |
| 基板コイル | 銅線コイル |
|
|
|
※共振結合コイルの設計事例
 |
 |
|
|||
| 送電用コイル （直径5cm,スパイラル巻き） |
送電用コイル （直径5cm,エッジワイズ巻き） |
受電用コイル （直径1cm、2層） |
|||
|
|||||
| 図．伝送効率の測定結果 | |||||
※3Ｄフリーアクセス無線電力伝送を実現するための要素技術
| 動作原理 | 等価回路（ブロック図） | 特徴 | ||
| 電磁誘導 方式 |
 |
 |
距 離 |
～数cm |
| 効 率 |
高い | |||
| 媒 体 |
磁界 | |||
| 共振器結合 方式 |
 |
 |
距 離 |
～数m |
| 効 率 |
高い | |||
| 媒 体 |
電磁界 （主に磁界） |
|||
| 電界結合 方式 |
 |
 |
距 離 |
～数mm |
| 効 率 |
高い | |||
| 媒 体 |
電界 | |||
| マイクロ波 方式 |
 |
 |
距 離 |
～数百km |
| 効 率 |
低い | |||
| 媒 体 |
電波 (マイクロ波) |
|||
モバイル通信分野では送受信されるデータの増大に伴い、通信の高速化、大容量化が進められており、低消費電力化がますます重要となっています。
これに貢献する技術として、東北大学 電気通信研究所 21世紀情報通信研究開発センターのご指導の下、送信電力増幅器の高調波注入による高効率化技術の開発しました。
本開発の一部は科学技術振興機構 開発成果最適展開支援プログラム(A-STEP)の支援を受けて⾏われました。
以下にA-STEP 開発成果の概要をご紹介いたします。■A-STEP開発成果概要
（１）適用プログラム：
A-STEP産学共同促進ステージ（ハイリスク挑戦タイプ）
（２）期間：2014/12/1－2017/11/30
（３）研究機関：
東北大学電気通信研究所 21世紀情報通信研究開発センターおよび株式会社Wave Technology
（４）研究テーマ：
低炭素社会に貢献する情報通信用高効率送信電力増幅モジュールの開発
（５）開発成果概要：
本開発では2倍波フィードバックを用いて増幅器に高調波(2倍波)を注入する技術を開発しCMOS電力増幅器、及びGaNドハティ電力増幅器に適用しました。CMOS電力増幅器ではACLR=-38dBc時の電力付加効率改善量2.2%、GaNドハティ電力増幅器では8dBバックオフ時電力付加効率改善量2.6%をそれぞれ達成し、本技術が高効率化に有効であることを確認しました。
高調波注入CMOS電力増幅器 (f=2.2GHz)
高調波注入CMOS電力増幅器の特性評価結果
高調波注入ドハティ電力増幅器 (f=2.6GHz)
高調波注入ドハティ電力増幅器の特性評価結果
【取得特許】
- 特許第5713197号 「バラン」
- 特許第5829885号 「バラン」
- 特許第6497564 号 「バラントランスおよびそれを⽤いた電⼦機器」
- 特許第6589208 号 「バラントランスおよびそれを⽤いた電⼒増幅器」
- 特許第6736024 号 「ドハティ増幅器」
【出願中】
- 特開2016-076752 「プシュプル電力増幅器」
【関連ページ】 WTIの高周波・無線技術全般についてはこちらをクリックしてください
■高周波(RF)・無線関連その他サービスご紹介
高周波(RF)・無線 設計受託
高周波(RF)電力増幅器開発
各種高周波(RF)部品開発
無線通信モジュール用アンテナ設計・評価受託
高周波マッチング工房
高周波開発インサイドストーリー ～「貴重な存在」と云われるからこそ、「責任」と「やりがい」がある～■参考資料
ブログ目次はこちら
■電子回路設計 ヒントPLUS☆（高周波(RF)・無線関連）
■関連YouTube動画へのリンク
概略コンセプトだけで設計/開発/コンサル受託｜WTI（シールドルームのご紹介）
高周波の電力増幅器｜ 評価系紹介 ｜WTI（高周波電力増幅器評価系のご紹介）※※ お役立ち情報のご請求はこちら ※※
【当ページ関連の資料タイトル】
●「高周波(RF)回路設計サービスのご提案」
●「無線通信モジュール用アンテナ設計・評価受託」
| 2016年 |
|
| 2014年 |
|
| 2013年 |
|
| 2012年 |
|
| 2010年 |
|
※ニッケル水素二次電池の急速充放電・劣化抑制技術
充電中の電池の劣化反応に着目して充電制御することにより急速充電、劣化抑制を実現する技術を開発
(特許第5372208号)
分極電圧挙動の異常を検知して
可変充電電流制御を行うことで過充電を防止充電制御模式図
- ワイヤレス給電に関するWTIブログはこちら
ワイヤレス給電関連ブログ
- 社長ブログ（固有技術開発関連）
ワイヤレス給電の設計は経験とノウハウが必要
中小企業でも、技術開発を頑張っている会社はある
「技術力」で顧客に選ばれる設計/開発会社の特徴
自主技術で勝負だ！ WTI
「自主技術開発をやっておられる会社なので応募しましたー」って言われます
自社開発の進捗フォローもしっかり
びわ湖環境ビジネスメッセで、ワイヤレス給電デモ機を展示します
びわ湖環境ビジネスメッセのワイヤレス給電展示、無事終わりました
「新ものづくり新サービス展」今日から３日間 出展しています
ワイヤレス給電の応用をこう考える
他社に依頼して性能出ず。 WTIさんお願いします～
関西ものづくり新撰2018選定証を交付いただきました
ワイヤレス給電技術の引合を次々にいただいています
６月８日（金） 「神戸ものづくり中小企業展示商談会」に出展
無接点給電/ケーブルレス給電 得意です！
WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。
ワイヤレス給電は、無線電力伝送、無線給電、非接触電力伝送、Wireless Power Transfer (WPT)などとも言われ、電子機器の給電をワイヤレスで行うこの技術は、先端技術を駆使するIoT機器の無線端末への給電手法として、近年注目されている技術です。
ワイヤレス給電は現在、国内外で新しい規格検討が活発に行われており、スマートフォンやウェアラブル端末などの小電力アプリケーションに限らず、EVなどの大電力アプリケーションの製品化も間近に迫ってきています。
そんな中、当社のワイヤレス給電技術は、経済産業省近畿経済産業局の「関西ものづくり新撰2018」に選定されました。
当社のワイヤレス給電は、磁界共鳴型という方式を用いています。この方式は、伝送距離が長い、高効率であるなどの特長を有しています。
また、龍谷大学のご支援の下に７年間に亘って技術開発に取り組み、アンテナの形状、ターン数、太さと伝送効率の関係、伝送距離と伝送効率の関係、整合回路など、磁界共鳴型ワイヤレス給電に必要な技術を蓄積してまいりました（関連特許3件保有)。
これらの蓄積した技術を基に、お客様のご要望にあわせた最適設計を実施いたします。
実際に電力伝送を行うためには、アンテナ設計以外にも、様々な技術と組み合わせる必要がありますので、受託設計をはじめとして、お客様のご要望に合せたソリューション提案をしてまいります。
WTIは、本社所在地は関西ですが、日本全国どの地域でも対応しております。
ご相談は無料ですので、まずはご連絡ください。■ワイヤレス給電用コイルの受託設計サービス
- アプリケーション(機器)に合わせた最適なコイルを設計いたします。
- 電磁界シミュレータを活用してコイルの各種パラメータ(直径や巻き数など)の最適化を行い、低損失のコイルを設計いたします。
- コイルと周辺回路(高周波電源や受電回路など)との接続を最適化することで、御要望の伝送距離で伝送効率を最大化いたします。
■磁界共鳴方式ワイヤレス給電の受託評価サービス
- ワイヤレス給電部分の伝送効率や出力電力の評価を実施いたします。
- 磁界共鳴の調整を行い、伝送効率が最大となるよう調整いたします。
ワイヤレス給電について
ワイヤレス給電用コイルの設計事例
磁界共鳴方式ワイヤレス給電評価の事例
無線電力伝送でよく用いられる電磁誘導方式の電力伝送は概ね1 cm程度までであるのに対し、磁界共鳴方式では数十 cmの距離でも高効率で電力伝送ができるという特長があります。
当社はここに着目し龍谷大学と共同で技術開発に取り組んでまいりました(※)。
この研究開発をとおして蓄積した技術やノウハウを活用した、ワイヤレス給電の設計・評価サービスを提供いたします。
(※技術開発の取り組みについては、こちらをご参照ください。)
|
方式 |
動作原理 |
等価回路（ブロック図） |
特徴 |
|
|
電磁誘導 |
|
|
距 |
～数cm |
|
効 |
高い |
|||
|
媒 |
磁界 |
|||
|
磁界共鳴 (共振結合) |
|
|
距 |
～数十cm |
|
効 |
高い |
|||
|
媒 |
電磁界 |
|||
|
電界結合 |
|
|
距 |
～数mm |
|
効 |
高い |
|||
|
媒 |
電界 |
|||
|
マイクロ波 |
|
 |
距 |
～数百km |
|
効 |
低い |
|||
|
媒 |
電波 |
|||
無線電力伝送方式の概略説明図
ワイヤレス給電は、充電や電池交換が困難である機器や面倒である機器を中心に様々なアプリケーションへの広がりを見せています。下図はワイヤレス給電化が進められているアプリケーションの例示です。
アプリケーション例
コイルの設計サービスの事例として、ワイヤレス給電で走行するミニカーのデモ機をご紹介いたします。
この事例では、送電コイルと受電コイルの設計最適化を行っています。
送電コイルは、パラメータ最適化により、コイルから60 mmの距離で均一な磁界強度を実現しています。
受電コイルは、パラメータの最適化によってコイル損失最小を実現しています。
これら２つの最適化によって、コイルから60 mmの距離であればどこでも均一な電力伝送が可能となり、３コースのいずれのミニカーも等速で走らせることができています。
コイルの上面の磁界強度が一定(伝送効率が一定)になるように、コイルの形状を設計しています。※特許第6024013号「無線電力伝送システム」  コイル形状 コイルの上面の磁界分布 |
↓
|
設計したコイルを使用したワイヤレス給電で走行するミニカー
|
ワイヤレス給電の評価事例として、伝送距離(送受電コイルの間隔)に対する伝送効率の測定結果をご紹介します。
ワイヤレス給電に使用するコイルを図１に示します。
このコイルを図２のように配置し、伝送距離に対する伝送効率を測定しています。
伝送効率の測定結果を図３に示します。この伝送効率の測定では、各伝送距離において伝送効率が最大となるように各コイルと周辺回路の接続(ここでは測定器との接続)を最適化しています。伝送距離50 mmでは約90 %、伝送距離100mmでは約60 %の伝送効率が得られています。
|
|
||
|
↓ |
||
図３ 伝送効率の測定事例 |
※各伝送距離において、伝送効率が最大となるよう各コイルと周辺回路(測定器)との接続を最適化して測定しています。 |
|
ワイヤレス給電について
ワイヤレス給電用コイルの設計事例
磁界共鳴方式ワイヤレス給電評価の事例WTIブログもご覧ください
ワイヤレス給電 設計サービス リリース間近！
ワイヤレス給電の設計・評価サービスを開始！
展示会もやります！ ～無線電力伝送（ワイヤレス給電）～
WTIのワイヤレス給電サービスが「関西ものづくり新撰2018」に選定されました！社長ブログもご覧ください
ワイヤレス給電の設計は経験とノウハウが必要
中小企業でも、技術開発を頑張っている会社はある
自主技術で勝負だ！ WTI
「自主技術開発をやっておられる会社なので応募しましたー」って言われます
びわ湖環境ビジネスメッセで、ワイヤレス給電デモ機を展示します
びわ湖環境ビジネスメッセのワイヤレス給電展示、無事終わりました
「新ものづくり新サービス展」今日から３日間 出展しています
ワイヤレス給電の応用をこう考える
関西ものづくり新撰2018選定証を交付いただきました
ワイヤレス給電技術の引合を次々にいただいています
「神戸ものづくり中小企業展示商談会」に出展
無接点給電/ケーブルレス給電 得意です！WTI固有技術開発のページはこちら
WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。
●当社カスタム電源設計サービスの特長
●電源設計実績（電源方式・電力別）
●電源設計サービスの流れ（受託／請負）
●電源設計実務の内容
●電源評価事例
●カスタム電源設計事例
| お客様のご要求に応じ、カスタム電源(特殊電源)の受託設計サービスをご提供いたします。 |
当社は、絶縁方式・非絶縁方式共に数kWまでの多様なカスタム電源の設計実績がございます。
この実績に基づき、お客様のご要求仕様、用途に合わせて最適な回路方式を選定し、電源の受託設計サービスをご提供いたします。
| 種別 | 型 | 機能 | 用途例 |
| ①フライバック電源（AC/DC） | 絶縁 | 数W程度のトランスを使用した電源、0.1W以下の待機電力 | TV等の低コスト、省電力を要求される家電製品の補助電源に使用 |
| ②疑似共振電源（AC/DC） | 絶縁 | 100W以下の小型絶縁電源 | TV、照明等の低コストを要求される用途に使用 |
| ③複合共振電源（DC/DC） | 絶縁 | 高効率、低ノイズ、高出力 | 大型薄型TV等、高効率且つ低ノイズを要求される用途に使用 |
| ④昇圧電源（DC/DC） | 非絶縁 | LEDドライバー回路（アナログ調光、DUTY調光） | LEDバックライト等多出力、高機能が要求される用途に使用 |
| ⑤降圧電源（DC/DC） | 非絶縁 | 高効率、数W～数十W程度の小型電源 | 家電製品から産業用機器まで、幅広い用途に使用 |
| ⑥PFC電源（AC/DC） | 非絶縁 | 高効率（連続モード、臨界モード） | 高調波抑制用途に使用 |
| ⑦昇圧電源（DC/DC） | 非絶縁 | 高効率、高出力（2kW～3.2kW） | パワーコンディショナー等高出力を必要とする用途に使用 |
| ⑧複合共振電源（DC/DC） | 絶縁 | 小型、高効率、高出力（2kW） | パワーコンディショナー等高出力を必要とする用途に使用 |
| ⑨充放電電源（DC/DC） | 非絶縁 | 高効率、高出力（5kW） | 蓄電池等高出力で充放電が必要な用途に使用 |
| 仕様決め | お客様のご要求に基づき、電気的特性やサイズ、機能など詳細仕様を決定します。 また、仕様が流動的な場合、開発途中での仕様変更にも柔軟に対応いたします。 |
 |
|
| 回路設計 | 用途に合わせた回路選定・部品選定を行います。またご要求仕様に合わせ保護回路や調光回路など付加機能を設計いたします。 |
|
|
| 機構設計 | サイズや形状、またIP規格を満足する筐体設計など、お客様のご要求に応じ機構設計を行います。 また、熱シミュレーションを活用し、自然対流の最適化やFANの流量設計を行い、小型化やFANレス化を可能とします。 |
|
|
| 基板設計 | 回路設計者と基板設計者がコラボし、パターンレイアウト・引き回しを検討し、基板設計を行います。電源設計のノウハウを生かし、低ノイズ・高効率を実現いたします。 |
|
|
| 試作評価 | 電気的特性や温度、シーケンスなど評価し、ご要求仕様を満足すべく幅広い評価を実施いたします。（電源評価事例参照） |
|
|
| 納品 | 開発した電源と合わせて、理論計算などの設計資料や評価データ、CADデータやソースプログラムなど、お客様のご要求に応じた成果物を納品させていただきます。 |
| 回路設計 | l 用途に合わせた回路選定、部品選定 l 要求仕様に基づく機能回路の設計（起動回路、保護回路の設計、調光機能等） |
| 基板設計 | l 部品レイアウトやパターン引き回し、安全距離確保等、設計基準に基づき設計 |
| 試作品評価 （電源設計事例参照） |
l 試作品の基板単品評価（お客様設計基準に基づく） l 製品TOTALとしての評価：イミュニティ試験、ノイズ試験、環境試験等 |
| EOL対策 （生産中止・ディスコン） |
l 機種情報の整理 l 代替部品の選定（部品定格や使用回路を考慮して決定） l 評価項目の検討・評価実施 |
| 電源回路の電気的特性評価 | l 入出力特性 l 起動・停止時、負荷急変等の過渡応答 l 電源効率 l 保護回路の動作 |
| 部品の定格確認 | l FET/Tr/コンデンサ/抵抗/リレー/ヒューズ等全ての部品の電圧/電流/電力確認 |
| 異常試験 | l 使用部品のオープン/ショートを行い故障時の安全性を確認 |
| 温度上昇試験 | l 実動作における各部品の温度をサーモビューア、熱電対で確認 |
| イミュニティ試験 (お客様設備借用） |
l 静電気試験、雷サージ試験、ACラインノイズ試験等 |
| 項目 | 内容 | 電力 | 回路トポロジー |
| 高耐圧電源の開発 | 1500V超える高耐圧絶縁型DCDCコンバータ | 10W以下 | フライバック絶縁DCDC |
| モータードライバー用 電源の開発 |
コントロールICの置き換え（EOL対応） | 50W | フライバック絶縁DCDC |
| 液晶TV用電源の開発 | ワールドワイド対応薄型10mm厚電源 | 200W | 臨界モードPFC LLC絶縁DCDC フライバック絶縁DCDC |
| 太陽光パワコン用 絶縁電源の開発 |
最大450V入力 絶縁DCDCコンバータ | 2000W | PSFB絶縁DCDC |
| 産業用システム電源 | 多出力非絶縁型DCDCコンバータ | 300W | 非絶縁DCDC |
| 車載用充電器の開発 | ワールドワイド対応水冷絶縁ACDCコンバータ | 7000W | インターリーブ連続モードPFC PSFB絶縁DCDC フライバック絶縁DCDC |
| リチウムイオン充電器 の開発 |
CCCV制御DCDCコンバータ | 200W | 非絶縁昇降圧DCDC |
| 大電流絶縁電源の開発 | 200A出力絶縁DCDCコンバータ | 3000W | LLC絶縁DCDC |
当社カスタム電源設計サービスの特長
電源設計実績（電源方式・電力別）
電源設計サービスの流れ（受託／請負）
電源設計実務の内容
電源評価事例
カスタム電源設計事例ワイヤレス給電（無線電力伝送）のページはこちら
WTIブログもご覧ください
技術者は原理原則の理解が大事なんです！
太陽光発電システムの縁の下の力持ち ～パワコンとは～
自動車の電動化を支える機器の開発
回路図には登場しないインダクタンスに注意
電源にもデジタルの波が カスタム電源設計とは？
電源機器の寿命検証
DC-DCコンバータ設計 電源設計時の着眼点
SiCデバイスを使って電源を高効率化してみました
電気自動車の家での活用法
電源に思ふ（スイッチング電源・リニア電源・デジタル電源）電子回路設計 ヒントPLUS☆（電源関連）
～パワエレ設計（スイッチング素子）～
～パワエレ設計（ダイオードの選定）～
～パワエレ設計（IGBTの選定）～
～パワエレ設計（MOSFETの選定）～
～パワエレ設計（電解コンデンサの選定）～
～パワエレ設計（フィルムコンデンサの選定）～
～パワエレ設計（リアクトルの選定）～
WTIの技術、設備、設計/開発会社の使い方、採用関連など、幅広い内容を動画で解説しています。
