(57)【要約】【課題】短時間で正確に発熱部品の最適配置箇所を推定し、冷却設計を標準化できる発熱部品の最適配置推定方法及び記憶媒体を提供する。【解決手段】発熱部品の最適配置推定方法において、ＳＴ１でヒートシンク基板３上で直交するＸＹ座標軸を想定し、ＳＴ２〜４でＸ軸上の３点からＹ軸と平行に作成した平行線上の３ヶ所に発熱部品を配置したときの温度を推定し、ＳＴ５で温度推定値を指標として２次関数で近似して当該平行線上における発熱部品の最適配置箇所を求め、ＳＴ６で同様にして求めた前記線上の各最適配置箇所の座標位置のつらなりをスプライン関数で近似し、ＳＴ７でスプライン関数上の測線距離を独立変数とし、最適配置箇所における温度推定値を従属変数とした２次関数を作成し、ＳＴ８で温度を評価指標とした２次関数における最適点を求め、ＳＴ９で最適点箇所のデータを基にスプライン関数から平面上の箇所を推定する。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンク基板などの平面上に発熱部品を配置する際に温度を評価指標として最適配置箇所を推定する発熱部品の最適配置推定方法において、前記平面上で直交するＸＹ座標軸を想定し、一方の座標軸上に設けた少なくとも３点から他方の座標軸と夫々平行に平行線を生成し、該夫々の平行線上における少なくとも３ヶ所に当該発熱部品を配置したときの温度を推定し、前記温度推定値を指標として２次関数で近似して当該平行線上における発熱部品の最適配置箇所を求め、同様にして求めた前記線上の各最適配置箇所の座標位置のつらなりをスプライン関数で近似し、前記スプライン関数上の測線距離を独立変数とし、前記最適配置箇所における温度推定値を従属変数とした２次関数を作成し、温度を評価指標とした前記２次関数における最適点を求め、前記最適点箇所のデータを基に前記スプライン関数から前記平面上の配置箇所を推定することを特徴とする発熱部品の最適配置推定方法。
【請求項２】
前記各線上の最適配置箇所の座標位置のつらなりを高次関数で近似することを特徴とした請求項１記載の発熱部品の最適配置推定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発熱部品の最適配置推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納したことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、電子装置などにおいて、ヒートシンク基板上に搭載されるパワー素子のような発熱部品を最適に配置設計する場合に於ける発熱部品の最適配置推定方法および記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子装置などにおいて、ヒートシンク基板上に搭載されるパワー素子のような発熱部品を最適に配置設計する際、該部品の配置決定は図６〜図８に示す方法により行っていた。図６はヒートシンク基板上に発熱部品を配置したパワー素子の状態図、図７はヒートシンク基板上で温度計算を行う計算箇所を示す図、図８は従来の推定温度の計算フローを説明するためのフローチャートである。
図６において、１はヒートシンク、２はフィン、３はヒートシンク基板、４はパワー素子、５はダイオードモジュール（以下、ＤＭと略す）、Ｆは冷却風である。
ヒートシンク１はフィン２の長手方向に沿って冷却風１を送ることによって冷却されると共に、ヒートシンク基板３上に配置してあるパワー素子４やＤＭ５などの発熱部品の熱を熱伝導と熱伝達によって冷却風１に放散している。このような発熱部品のうち、ＤＭ５はパワー素子４に比べて発熱量が小さいためヒートシンク基板３上の配置設計にさほど気を使うことはない。しかし、パワー素子４は、発熱量が多いため、ＤＭ５の発熱の影響、冷却風１の温度上昇の影響、ヒートシンク基板３の中での熱の広がりといったものを考慮し、できるだけ温度が低くなる最適な配置箇所を推定して決定する必要がある。これまでの方法だと、図７に示すようにヒートシンク基板３上のパワー素子４の配置可能範囲を例えば一辺５〜１０前後の格子状に区切り、区切って得られた約５０ヶ所の交点にパワー素子中心６を配置した場合を想定してすべての交点での温度を推定していた。
【０００３】
ここで、図８を用いて、最適配置箇所を推定する計算フローを説明する。
まず、ステップＳＴ１１にて、ヒートシンク基板３上に２つの座標軸ＸＹを配置する。次に、ステップＳＴ１２、ステップＳＴ１３にて、パワー素子４の配置しうる範囲を格子状に分割して計算点を決定する。そして、ステップＳＴ１４にて、すべての計算点について、パワー素子中心６を配置したと想定してパワー素子４の温度を推定する。それから、ステップＳＴ１５にて、計算点の座標値と温度推定結果を一覧表、もしくはグラフ（例えば、温度コンター図）にする。さらにステップＳＴ１６にて、温度推定結果の変化や特性グラフの傾向からパワー素子４の最適配置箇所を推定する。最後にステップＳＴ１７にて、再度、求まった最適配置箇所の座標データを使用してパワー素子４の温度を推定する、このような計算による推定方法は、例えば熱等価回路網による熱解析手法に基づくもので公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２６６１５１号公報（第２頁、第９図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、▲１▼発熱部品の最適配置設計について詳細な検討を行おうとすれば、考えられる配置箇所、つまり前記格子の交点を多数配置する必要があり、時間がかかる、▲２▼当該配置箇所の推定を短時間で行おうとすれば、区画する格子の分割を減らして計算数を減らせばよいが、格子の交点にかからない部分が広くなるので配置箇所の最適性が損なわれる、▲３▼最終的に温度推定値を表やグラフに表示して人間が判断することになるので、計算点からはずれた場所においては正確な温度推定が難しく、冷却設計においては標準化できない、という問題があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、短時間でかつ正確に、発熱部品の最適配置箇所を推定することができ、冷却設計を標準化することが可能な発熱部品の最適配置推定方法および記録媒体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１の発明は、ヒートシンク基板などの平面上に発熱部品を配置する際に温度を評価指標として最適配置箇所を推定する発熱部品の最適配置推定方法において、前記平面上で直交するＸＹ座標軸を想定し、一方の座標軸上に設けた少なくとも３点から他方の座標軸と夫々平行に平行線を生成し、該夫々の平行線上における少なくとも３ヶ所に当該発熱部品を配置したときの温度を推定し、前記温度推定値を指標として２次関数で近似して当該平行線上における発熱部品の最適配置箇所を求め、同様にして求めた前記線上の各最適配置箇所の座標位置のつらなりをスプライン関数で近似し、前記スプライン関数上の測線距離を独立変数とし、前記最適配置箇所における温度推定値を従属変数とした２次関数を作成し、温度を評価指標とした前記２次関数における最適点を求め、前記最適点箇所のデータを基に前記スプライン関数から前記平面上の配置箇所を推定するものである。
請求項２の発明は、請求項１記載の発熱部品の最適配置推定方法において、前記各線上の最適配置箇所の座標位置のつらなりを高次関数で近似するものである。請求項３の発明は、請求項１または２に記載の発熱部品の最適配置推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した記録媒体を有するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例を示す温度推定モデルを説明するための模式図、図２は推定温度の計算フローを説明するためのフローチャート、図３は２次関数で近似された温度分布上での最適配置箇所の判定を説明するための模式図、図４はヒートシンク基板面上での最適点のつらなりを２次関数近似を使って説明するための模式図、図５は最適点のつらなり近似測線距離と温度推定値とを２次関数で近似した図である。
【０００９】
ここで、図２を用いて、最適配置箇所を推定する計算フローを説明する。
まず、ステップＳＴ１にて、図１に示されるヒートシンク基板３上に直行する座標軸ＸＹを想定する。次に、ステップＳＴ２にて、Ｘ軸上に３点Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３を配置し、これを原点としてＹ軸と平行に平行線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を生成し、ステップＳＴ３にてその線上にそれぞれ計算点Ｐ１（座標Ｘ１、Ｙ１）、Ｐ２（座標Ｘ１、Ｙ２）、Ｐ３（座標Ｘ１、Ｙ３）の３点を配置する。
そして、ステップＳＴ４にて、Ｙ軸に平行な平行線Ｌ１上の３点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３にそれぞれパワー素子中心６を配置したときの温度を推定する。さらに、ステップＳＴ５にて、求まった３点の温度推定結果とＹ座標値からＬ１線上での最適配置箇所を求める。具体的には、図１に示すＬ１線上における計算点のＹ座標値（Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３）を図３において横軸にとり、図３の３つの計算点を２次関数で近似すると共に、２次関数で近似された温度分布上で、温度の最も低い最適配置箇所となるＣ１が求まる。この最適配置箇所のＸＹ座標値と温度推定値を保存し、Ｌ２、Ｌ３についても同様のルーチンによって各線上の最適配置箇所Ｃ２、Ｃ３のＸＹ座標値と温度推定値を求める。それから、ステップＳＴ６にて、図４の模式図に示されるヒートシンク基板３上にステップＳＴ５で求めた最適配置箇所Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の位置を打点し、Ｘ軸およびＹ軸を独立変数と従属変数と見なしてこれらの点のつらなりをスプライン関数で近似する。図４に示されるこの最適配置箇所のつらなり最適配置箇所Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３はＤＭ５のような他の発熱部品の位置と発熱量、冷却風Ｆの流量、ヒートシンク１の材質などによって決まるものである。次に、ステップＳＴ７にて、この近似曲線上のある特定の点を基準にして最適配置箇所Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の測線に沿った距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を算出する。そして、図５に示すように、この測線距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を横軸とって最適配置箇所Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の温度推定値を打点したグラフを作成し、測線距離を独立変数、温度推定値を従属変数としてこの変化特性を２次関数で近似する。その後、ステップＳＴ８にて、当該２次関数近似曲線における温度推定値の最小点ＣＰを求める。この最小点ＣＰがヒートシンク基板３におけるパワー素子４の最適配置箇所である。最後に、ステップＳＴ９にてこの最適配置箇所ＣＰの測線座標値を前記スプライン関数に代入することによってヒートシンク基板３上のＸＹ座標値が求まる。
【００１０】
また、本発明は、上記に述べた発熱部品の最適配置箇所推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶媒体に格納することができるようになっている。これによると、従来の方法では５０〜１００のケースについて熱解析していたものが、その１／５〜１／１０の１０〜２０程度の熱解析回数で自動的にパワー素子の最適配置箇所を決定することができる。
【００１１】
本発明の実施例は、上記の構成にしたため、電子装置などに用いられ、ヒートシンク基板上に搭載されるパワー素子の最適配置箇所を決定する際に、発熱部品の配置箇所を関数近似を活用して自動的に算出するようにしたので、従来、発熱部品の配置可能範囲を複数個の格子で区切り、その区切って得られた多大な交点にパワー素子中心を配置した場合を想定して温度を推定する手法で問題となっていた、多大な手間とオペレータ個人に帰する結果推定のバラツキの問題などを排除することができると共に、短時間で、かつ、正確に、発熱部品の最適配置箇所を推定することができる。また、これにより冷却設計を標準化することが可能な発熱部品の最適配置推定方法を提供することができる。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば電子装置などに用いられ、ヒートシンク基板上に搭載されるパワー素子の最適配置箇所を決定する際に、発熱部品の配置箇所を関数近似を活用して自動的に算出するようにしたので、従来、発熱部品の配置可能範囲を複数個の格子で区切り、その区切って得られた多大な交点にパワー素子中心を配置した場合を想定して温度を推定する手法で問題となっていた、多大な手間とオペレータ個人に帰する結果推定のバラツキの問題などを排除することができると共に、短時間で、かつ、正確に、発熱部品の最適配置箇所を推定することができる。また、これにより冷却設計を標準化することが可能な発熱部品の最適配置推定方法を提供することができる。
また、発熱部品の最適配置箇所推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶媒体に格納することができるようにしたため、従来の１／５〜１／１０程度の熱解析回数で自動的にパワー素子の最適配置箇所を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す温度推定モデルを説明するための模式図
【図２】推定温度の計算フローを説明するためのフローチャート図
【図３】２次関数近似による温度分布上での最適配置箇所の判定を説明するための模式図
【図４】ヒートシンク基板面上での最適点のつらなりを２次関数近似を使って説明するための模式図
【図５】最適配置箇所のつらなり近似線測線距離と温度推定値との２次関数近似図である。
【図６】パワー部の状態図
【図７】温度計算箇所を示す図
【図８】従来の推定温度の計算フローを説明するためのフローチャート
【符号の説明】
１：ヒートシンク
２；フィン
３：ヒートシンク基板
４：パワー素子
５：ＤＭ
６：パワー素子中心
Ｆ：冷却風
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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