一見すると、熱とノイズは別の問題に見える。

熱は温度の問題。

ノイズは電磁波の問題。

しかし実際の製品では、両者は強く関係する。

なぜなら、熱対策で使う材料の中には、電気を通す材料が多いからである。

例えば、

　● 銅

　● アルミ

　● グラファイト

　● 金属箔

　● 金属プレート　などである。

これらは熱をよく伝える。

しかし同時に、電気的にも導電性を持つ。

そのため、熱対策として導電性材料を使うと、ノイズ経路や電気的な干渉が変わることがある。

熱対策では、発熱部品から筐体や冷却部品へ熱を逃がす。

そのために金属箔やグラファイトを使うことがある。

しかし、これらの材料は電気も通す場合がある。

すると、意図しない場所で導通したり、ノイズを拾ったり、逆にノイズを広げたりすることがある。

つまり、熱の通り道を作ったつもりが、

ノイズの通り道を作ってしまう可能性がある。

ここが熱 × ノイズの難しさである。

AIサーバーでは、GPU、メモリ、電源、通信が高密度に配置される。

演算量が増えるほど発熱が増える。

同時に、高速信号や大電流も増える。

つまりAIサーバーでは、熱問題と

ノイズ問題が同時に大きくなる。

特に、

　● GPU周辺

　● HBM周辺

　● 電源回路

　● 高速通信ライン

　● 液冷部材周辺

では、熱対策材料とEMI対策材料が近接することがある。

このとき、熱だけを見て材料を選ぶと、ノイズ問題を悪化させる可能性がある。

EVでは、モーター、インバーター、バッテリー、急速充電、車載通信が重要になる。

これらは高電圧・大電流を扱うため、ノイズ問題が発生しやすい。

同時に、発熱も大きい。

つまりEVでは、

熱を逃がす

絶縁する

ノイズを抑える　を同時に考える必要がある。

例えば、バッテリー周辺で金属部材を使う場合、放熱には有利でも、電気的な導通やノイズ経路には注意が必要である。

グラファイトは面方向に熱を広げる材料として優れている。

スマートフォンやウェアラブル機器、AIサーバー周辺でも検討される。

しかしグラファイトは電気を通す場合がある。

そのため、電子回路の近くで使う場合には、

　● 絶縁フィルムとの積層

　● 端面処理

　● 導通経路の確認

　● 回路との距離設計

　● 粘着層の選定　が重要になる。

つまりグラファイトは、熱拡散材であると同時に、

電気的な取り扱いに注意が必要な材料である。

銅箔やアルミ箔は、熱対策だけでなく、EMI対策にも使われることがある。

これは大きな利点である。

金属箔は、

　● 熱を広げる

　● 電磁波を遮蔽する

　● グランドへ落とす

　● シールドする

という複数の役割を持てる可能性がある。

しかし、便利な反面、設計を間違えると問題も起きる。

例えば、

　● 意図しない導通

　● グランド設計不良

　● ノイズ回り込み

　● ショートリスク

　● 絶縁不足　などである。

つまり金属箔は、熱にもノイズにも効く

一方で、熱とノイズを同時に設計しないと危険な材料でもある。

熱を逃がしたい場所の近くには、電子回路があることが多い。

しかし放熱材料が導電性を持つ場合、電気的なリスクが出る。

そのため、放熱材料には絶縁層が必要になることがある。

例えば、

　● グラファイト＋絶縁フィルム

　● 金属箔＋PETフィルム

　● 放熱シート＋絶縁層

　● 銅箔＋粘着絶縁層　のような構成である。

つまり実際の熱対策部材は、単一材料ではなく、

熱材 × 絶縁材 × 粘着材　の複合構成になることが多い。

逆に、ノイズ対策を優先すると、熱問題が悪化することもある。

例えば、EMI吸収材やシールド材を配置した結果、

　● 熱の逃げ道をふさぐ

　● 空気層を作る

　● 放熱面積を減らす

　● 熱抵抗を増やす　ことがある。

つまり、ノイズを抑えたら熱がこもるということも起きる。

ここでも重要なのは、熱とノイズを別々に考えないことである。

熱対策材料もノイズ対策材料も、配置が重要である。

どこに置くか。

どの面積で貼るか。

どの方向へ熱を逃がすか。

どこをグランドへ接続するか。

どこを絶縁するか。

これらによって結果が変わる。

同じ材料でも、配置を間違えると、熱にもノイズにも悪影響が出る。

つまり熱 × ノイズでは、材料選定だけでなく、

レイアウト設計が重要になる。

グラファイトや金属箔を加工すると、端面が露出することがある。

この端面が導電性を持つ場合、周辺部品との接触で問題になることがある。

また、端面から粉落ちやバリが出ると、異物や導通リスクになる可能性もある。

つまり熱 × ノイズでは、面だけでなく、端面も設計対象である。

これは量産現場では非常に重要になる。

AIサーバー、通信機器、車載機器では、高速信号が増えている。

信号が高速化すると、ノイズ対策は難しくなる。

同時に、高速化は発熱増加にもつながる。

つまり未来産業では、

高速化

高発熱化

高密度化　が同時に進む。

その結果、熱とノイズはますます分離できない課題になる。

研究開発では、熱とノイズは別々の専門領域として扱われることが多い。

しかし実際の製品では、両方が同時に起きる。

熱は温度場の問題であり、ノイズは電磁場の問題である。

しかし材料、形状、配置、接触状態は共通して影響する。

つまり熱 × ノイズは、

マルチフィジックス問題である。

これからの高密度電子機器では、熱解析だけでも、EMI解析だけでも不十分になる可能性がある。

量産現場では、熱対策部材を追加したことで、別の不具合が発生することがある。

例えば、

　● 導電性材料が回路に近すぎる

　● 絶縁フィルムがズレる

　● 金属箔のバリが出る

　● グラファイト粉が落ちる

　● 貼り合わせズレで導通リスクが出る

　● 粘着層が薄く絶縁距離が不足する　などである。

つまり、熱対策部材は、v熱だけで評価してはいけないのである。

量産工程では、以下のような問題が起きることがある。

　● 金属箔のバリ

　● グラファイトの粉落ち

　● 絶縁フィルムの位置ズレ

　● 粘着材のはみ出し

　● 端面露出

　● 貼り合わせズレ

　● 導電材の異物混入

　● 自動化工程での位置ばらつき

　● 検査で見つけにくい微小導通

これらは、熱性能だけでなく、ノイズ性能や電気安全性にも影響する。

つまり熱 × ノイズでは、

加工精度

貼り合わせ精度

端面管理

異物管理　が重要になる。

OTISは、熱材料メーカーでも、EMI材料メーカーでもない。

しかし、熱対策材料とノイズ対策材料を、量産工程で使える形に加工する領域では貢献できる可能性がある。

OTIS視点で重要なのは、

　● グラファイト加工

　● 金属箔加工

　● EMI材加工

　● 絶縁フィルムとのラミネート

　● 粘着材との貼り合わせ

　● 端面管理

　● 微細打ち抜き

　● 異種材料積層

　● リール供給

　● 自動化工程向け供給形態設計　である。

熱とノイズを同時に考える場合、単一材料ではなく、複合部材になることが多い。

ここで加工技術の重要性が高まる。

OTISでは、

　● グラファイトシート加工

　● 銅箔・アルミ箔加工

　● EMI吸収材・シールド材加工

　● 絶縁フィルムとの高精度ラミネート

　● 粘着材との積層

　● 異形状加工

　● 微細打ち抜き

　● リール供給

　● 自動化工程向け供給形態設計

などを通じて、熱 × ノイズ対策部材を量産で使える状態へ近づけることに貢献できる可能性がある。

特にAIサーバー、通信機器、EV、ロボットでは、熱、ノイズ、絶縁、薄型化を同時に考える必要がある。

一方でOTISは、

　● EMI材料そのものの開発

　● 熱材料そのものの開発

　● 回路設計

　● アンテナ設計

　● EMI解析専業

　● 熱解析専業　を専門とする会社ではない。

しかし、熱対策材料とノイズ対策材料を、量産工程で成立する複合部材にする

という領域では、重要な役割を担える可能性がある。

★★★★★ AIサーバー

★★★★★ データセンター

★★★★★ 通信機器

★★★★★ EV・電装部品

★★★★☆ ロボット

★★★★☆ 3D半導体

★★★★☆ 医療機器

熱を逃がす材料が、ノイズ問題を生むことがある

熱対策では、銅、アルミ、グラファイトなどの導電性材料が使われることが多い。

これらは熱をよく伝える。

しかし同時に、電気的な影響も持つ。

そのため、熱の通り道を作ったつもりが、

ノイズの通り道を作ってしまうことがある。

これが熱 × ノイズの難しさである。

今後、AIサーバー、EV、通信機器、ロボットなどで高密度化・高速化・高発熱化が進むほど、熱とノイズはますます分離できない課題になる。

だからこそ、熱対策材料は、熱だけで選んではいけない。

ノイズ、絶縁、端面、貼り合わせ、量産性まで含めて設計する必要がある。

熱対策は、単独の材料選定ではなく、複合課題を量産で成立させる設計なのである。

 

 

コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。

 

※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません