電子機器開発者のための半導体パッケージ熱設計入門　――待ったなし！SOC & SIPの熱対策

● 熱放射による放熱手法は大面積のものに限定

　熱放射は電磁波による熱エネルギーの放出であり，絶対零度の物体以外はかならず何らかの熱放射を行っています．その熱放射の熱抵抗は図1に示したように，以下の数値を掛け合わせたものに反比例します．

• 放射率
• 形状ファクタ
• 表面積
• 加熱面と周囲の平均絶対温度の3乗

　絶対温度の高い状態では，電磁波の放射によって活発に熱交換が行われます．逆に，絶対温度の低い状態では電磁波の放射が少なく，熱放射による熱エネルギーの放出は小さくなります．

　熱放射の効率を表す放射率は，物質の表面状態によって0～1の間で数値化されます．例えば，鏡面のアルミニウムの場合はほとんど熱放射がないため，放射率は0.05となりますが，黒色アルマイト処理（放熱効果を上げるための表面処理）を行うと0.95と放射率が高くなります．また，黒ラッカーや白ペイントなどの塗料を塗るだけでも放射率を0.9に上げることができます．

　放射率の高い材料を半導体パッケージ表面に塗布して，熱放射によって放熱しようという提案もなされています．しかし，熱放射は放射面積や平均絶対温度の3乗に比例するため，この方法が十分に効果を上げるには半導体パッケージの表面積が大きいこと，雰囲気温度そのものが高温域にあることが前提となっています．言い換えれば，小型のCSPよりも大型のパッケージのほうが熱放射効果は大きいということで，将来，熱抵抗を下げる必要性が増してくるCSPなどには効果が小さいと言えます．