앞으로의 열 시뮬레이션

「열 설계란?」, 「기술 트렌드의 변화와 열 설계」, 「열 설계에 대한 상호 이해」 편에서 설명한 바와 같이, 열 설계의 취지는 기존과 달라지고 있으며, 설계 방법에서도 변혁이 일어나고 있습니다. 그 중에서도, 열 시뮬레이션 기술은 크게 진보하여, 이미 실측치를 대체할 수 있을 만큼 정밀도가 높아지고 있습니다.

열 설계의 프론트 로딩화

제품의 설계 시작 단계부터 양산에 이르기까지의 공수, 특히 불량이나 디버그, 설계 변경과 같은 번거로움을 줄이기 위해 설계 초기 단계부터 열 시뮬레이션을 이용한 열 설계를 도입하는 추세가 가속화되고 있습니다. 이는 「프론트 로딩」으로 불리며, 시뮬레이션 등을 활용하여 초기 공정에 중점을 둠으로써 토탈 공수 삭감을 목표로 하는 것입니다.

아래 그림은 프론트 로딩의 이미지입니다.

제품 설계의 시작 단계부터 양산에 이르기까지의 프로세스에서, 양산에 가까워질수록 변경이나 수정이 어려워지고, 이를 위한 비용과 리소스는 증가하게 됩니다. 이러한 공수를 최소한으로 억제하기 위해서는 설계 프로세스의 최대한 초기 단계에서 고품질의 확실한 설계를 실시해야 합니다. 기존에는 프로토타입을 통해 설계의 문제점을 도출한 후 수정 및 변경을 실시하는 방법이 일반적이었지만, 구상 설계 및 기본 설계에 시간과 공수를 투입하는 프론트 로딩을 통해 프로토타입 이후의 공수를 줄일 수 있습니다. 열 설계의 프론트 로딩화에는 열 시뮬레이션이 매우 유효하며, 앞서 설명한 바와 같이 이러한 열 시뮬레이션의 정밀도도 높아지고 있습니다.

열 시뮬레이션의 고정밀도화에 따라, 지금까지의 열 시뮬레이션이 열 대책을 위한 시뮬레이션이었던 반면, 앞으로의 열 시뮬레이션은 열 설계의 프론트 로딩화를 추진함에 있어 열쇠가 될 것입니다.
 

열 시뮬레이션 모델

고정밀도 열 시뮬레이션을 위해서는 열 시뮬레이션 모델이 중요합니다. 아래 그림은 대표적인 열 시뮬레이션 모델을 정리한 것입니다. 「상세 모델」은 고정밀도의 열 시뮬레이션을 기대할 수 있지만, 기본적으로 규격을 바탕으로 한 모델이 아니라 메이커의 독자적인 모델로, 제공 시 기밀 유지 계약 (NDA) 등이 필요한 경우도 있습니다.

유감스럽게도 모든 디스크리트 부품이나 LSI (IC)에 열 시뮬레이션 모델이 구비되어 있지는 않습니다. 이러한 경우에는 JEITA (재단법인 전자 정보 기술 산업 협회)의 반도체 패키징 기술 위원회 Web 사이트 (일본어판)에서 제공하는 「반도체 패키지 열 파라미터 예측 툴」을 이용하여 대처할 수 있습니다. 위원회의 활동에 대한 내용 등도 게재되어 있으므로, 참조하여 주십시오.