Development of Thermal Contact Resistance Prediction Formula Considering Details of Heat Transport Phenomena in Solid-Solid Contact Surface

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K03949
• Research Institution: Toyama Prefectural University
• Principal Investigator: 畠山 友行 富山県立大学, 工学部, 准教授 (60542363)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 接触熱抵抗 / 予測式 / 固体間 / 熱輸送

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、電子機器の高精度な温度予測のボトルネックになっている接触熱抵抗の予測式の開発と、予測式の開発のために必要な固体間接触面における熱輸送現象を解明するものである。具体的には、固体間接触面の単純モデル化を行い、コンピュータシミュレーション (熱伝導解析)と熱回路網法を用いて、接触面の熱輸送現象の詳細を考察し、最終的に接触熱抵抗を算出するための式を提案することを目的とする。 本年度は、前年度に引き続き、予測式開発のために必要な接触熱抵抗の実測値の計測を行うとともに、前年度に検討したコンピュータシミュレーションを用いた固体間接触面の単純モデル化方法に基づき、単位セルモデルの大きさを決定し、更に熱回路モデルを作成する予定であった。 接触熱抵抗の計測においては、前年度に引き続き、酸化しやすい純鉄と、酸化の影響を強く受けないと考えられるアルミニウムを対象に、前年度と異なる条件での接触熱抵抗の計測を行った。その結果、条件によって計測される値の精度が悪くなることが明らかとなり、如何なる条件でも精度良く計測するための方法の検討を行った。 また、コンピュータシミュレーションを用いた単位セルモデルの大きさの決定においては、単位セルモデルの考え方を提案した橘・佐野川の報告をもとに、単位セルモデルをコンピュータ上に再現し、シミュレーションによって得られた接触熱抵抗の値と実測値の値の比較を行った。その結果、適切な大きさの単位セルモデルを作成することで、シミュレーションを用いて接触面の熱の流れを検討することが可能であることが明らかとなった。しかし、単位セルモデルの大きさの決定に時間を要してしまったため、熱回路モデルの作成を行うことができなかった。熱回路モデルの作成と、熱回路モデルによる検討は次年度に実施する予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

実験による接触熱抵抗の計測は順調に進んでいる。しかし、解析による検証に遅れが生じている。
解析による検証は、R5年度に熱回路モデルを作成し、熱回路モデルによる検討も行う予定であった。しかし、前年度に検討した解析条件に基づき熱伝導解析を用いて単位セルモデルの決定に取り組んだが時間を要してしまい、熱回路モデルの作成に着手できなかった。現在、遅れを取り戻すべく、熱回路モデルの作成に取り組んでいる。

Strategy for Future Research Activity

引き続き実験による計測を行うとともに、今年度着手できなかった熱回路モデルの作成を行い、熱伝導解析と熱回路解析の両面から、固体間接触面に生じる熱流の詳細を明らかにする。特に、熱縮流の影響について議論を進め、熱縮流の影響によって生じる熱抵抗の定式化を目指す。さらに、電子機器の部品間接触圧力の範囲において、接触熱抵抗を精度良く予測するための予測式の構築を行う。

Causes of Carryover

シミュレーションソフトのライセンス形態の変更にともない、シミュレーションソフトに要する経費が一時的に不要になったため。