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2020.11.24 熱設計

熱抵抗と放熱の基本:伝導における熱抵抗

電子機器における半導体部品の熱設計

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この記事のキーポイント

・伝導における熱抵抗は、導体のシート抵抗を同様に考えることができる。

前回、伝熱には伝導、対流、放射(輻射)の3つの形態があることを説明しました。ここから、各伝熱形態における熱抵抗について説明します。まず、「伝導」における熱抵抗から始めます。

伝導における熱抵抗

熱の伝導とは、物質、分子間の熱の移動です。この伝導における熱抵抗を以下の図と式で示します。

伝導における熱抵抗のイメージ図と熱抵抗を表す式

図は、断面積A、長さLのある物質の端の温度T1が伝導により温度T2に至ることをイメージしています。

最初の式は、T1とT2の温度差は、赤の破線で囲んだ項に熱流量Pを掛けた値になることを示しています。

最後の式は赤の破線で囲んだ項が熱抵抗Rthに該当することを示しています。

図および式の各項からすぐに想像できたと思いますが、伝導における熱抵抗は、導体のシート抵抗と基本的に同じ考え方ができます。シート抵抗は赤の破線内の熱伝導率を抵抗率に置き換えた式で求められるのは周知の通りです。抵抗率が導体の材料により固有の値を持つように、熱伝導率も材料固有の値になります。

熱抵抗の式から、物体の断面積が大きくなるか、長さが短くなると伝導の熱抵抗は下がります。

(T1-T2)を求める式は、結果的に熱抵抗Rth×熱流量Pとなり、「熱抵抗とは」で説明した「熱のオームの法則」に則ります。

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