ファンレス Mini-ITX · パッシブ冷却 · ヒートスプレッダー · シャーシとの結合

産業用および組み込みシステム向けファンレスMini-ITXマザーボード

持続熱、最大周囲温度、熱抵抗、筐体の形状、部品の熱集中箇所、およびシリコンから周囲空気への熱伝達経路に基づいて、ファンレスプラットフォームを選択してください。.

  • 170 × 170 mmMini-ITXマザーボードのフットプリント
  • N100・6 W低消費電力CPUのリファレンス
  • N97・12 W受動冷却負荷の増加
ファンレス化の実現可能性を確認する ファンレスに関する要件を確認する
パッシブ冷却と筐体による放熱を利用したファンレスMini-ITXマザーボード

ファンレス熱設計枠

ワット数、周囲温度、許容温度上昇量からファンレス化の実現可能性を判断する

ファンを取り外すと、強制通気はなくなるが、熱は残る。パッシブ冷却のMini-ITXシステムが機能するのは、設置環境の最悪の条件下でも、許容できないスロットリングや部品温度マージンの低下を招くことなく、熱伝達経路全体がシステムの持続的な消費電力を放熱できる場合に限られる。.

入力 測定すべき項目 なぜ重要なのか
持続出力 CPU + VRM + RAM + ストレージ + NIC + USB + 変換損失 エンクロージャーから放出されなければならない総熱量を算出する
最高周囲温度 設置された機器周辺の温度。室温だけではありません。 許容温度上昇幅を縮小する
デューティサイクル CPU、ストレージ、ネットワークの継続的な動作 ベンチマークの短時間のピークは、定常状態での熱的故障を隠してしまうことがある
添付資料 材料、表面積、配向、シール、および取り付け 熱が周囲の空気にどれほど効率的に伝わるかを決定する

シリコンから周囲環境への熱伝達経路

パッシブシステムが機能するためには、すべての熱伝導材が正常に機能しなければならない

  1. プロセッサパッケージCPUまたはSoCが、主な集中熱負荷を発生させます。.
  2. 熱界面パッド、グリース、または相変化材料が、表面間の微細な隙間を埋めます。.
  3. ヒートシンクまたはスプレッダー小型パッケージ領域から熱を、より大きな金属構造体へと放散させる。.
  4. シャーシインターフェース接触圧力、平坦度、および公差の積み重ねによって、筐体がヒートスプレッダーとして機能できるかどうかが決まります。.
  5. シャーシから周囲環境へ最終的な放熱量は、外表面積、フィン、設置方向、および周囲の空気によって決まります。.

CPU以外の発熱源

ストレージ、ネットワーク、電力変換が、ファンレス環境における隠れたボトルネックとなる可能性がある

熱源 それが重要になる時 検証の重点
NVMe SSD 継続的なロギング、データベースへの書き込み、または高頻度のストレージへの書き込み コントローラの温度、持続書き込み速度、およびスロットリング
イーサネット・コントローラ 複数のLANポート、2.5GbE/10GbEのトラフィックまたはルーティングワークロード リンクが継続的にアクティブな状態におけるNIC/PHYの温度
VRM / DC-DC CPU負荷が高い、広範囲の入力変換、または周辺機器への電力供給 変換損失、ホットスポットの温度、および周辺の気流の制限
USB / 拡張 電源供給型のカメラ、無線機、キャプチャ装置、またはアドインカード コネクタ電流、コントローラの負荷、およびシステム全体の熱量

Mini-ITXシステムの総消費電力の概算 →

熱抵抗

θ ≤ ΔT / P を用いて受動冷却要件をスクリーニングする

熱抵抗値を用いることで、迅速に実現可能性を確認できます。これは実際の測定に代わるものではありませんが、単純な受動型ヒートシンクでは許容温度上昇量が小さすぎる場合を明らかにしてくれます。.

参考文献 計算 通訳
インテルN100 6 W プロセッサのTDP 実用的な低消費電力のファンレスシステム構築のベースとなるプラットフォーム
Intel N97 12 W プロセッサのTDP 6 Wのリファレンスモデルに比べて、プロセッサの発熱量がおよそ2倍
35°Cの上昇・6 W θ ≤ 35 / 6 = 5.83°C/W その簡略化されたプロセッサのみの例における最大総抵抗
35°Cの上昇・12 W θ ≤ 35 / 12 = 2.92°C/W 同じ温度上昇許容範囲内で、より厳しい受動的経路

必要な熱抵抗を計算する →

ヒートスプレッダー・TIM・シャーシ

機械的公差は、ヒートシンクの仕様以上に熱性能に影響を与える可能性がある

TIMの厚さ

パッドを厚くすると公差の積み重ねを吸収できますが、通常は熱抵抗が増加します。信頼性の高い接触を維持できる範囲で、認定されたインターフェースの中で最も薄いものを使用してください。.

接触圧力

圧力が低すぎると熱接触が不十分になり、高すぎるとPCBやプロセッサパッケージに過大な負荷がかかる可能性があります。取り付け用金具と締め付けトルクを明確に定めてください。.

平面度と積層厚

CPUの高さ、スプレッダーの厚さ、スタンドオフ、筐体の平坦度、およびPCBの公差によって、生産される各ユニット間で接触状態が一定に保たれるかどうかが決まります。.

保守性

メモリ、M.2、コネクタ、および取り付けネジは、検証済みの熱伝導インターフェースを損なうことなく、アクセス可能な状態を維持しなければならない。.

アンビエント・オリエンテーション・密閉筐体

設置位置や筐体設計による自然対流の変化

オープンベンチ上で水平に検証されたファンレスシステムは、密閉されたキャビネット内に垂直に取り付けられた場合、動作が異なる可能性があります。自然対流、熱気層の形成、および外部表面への露出は、設置方法によってすべて変化します。.

状態 確認すべき事項
密閉型シャーシ 壁内部への熱伝達および外表面からの放熱
縦置き／横置き 自然対流経路とホットスポットの移動
キャビネットの設置 近くの機器によってキャビネットが加熱された後、ユニット周辺の局所的な気温
屋外／日光への露出 気象観測所の周囲気温だけでなく、日射取得量と建物の外壁温度も

熱特性評価

最終基板、BIOS、ストレージ、および筐体を、1つの熱アセンブリとして検証する

資格分野 参考文献 こんな時に使おう
寒い IEC 60068-2-1 必要に応じて、低温での運転または保管に関する適格性確認
乾熱 IEC 60068-2-2 高温定常状態暴露
温度変化 IEC 60068-2-14 必要に応じて温度遷移応力を適用する
厳選された産業用製品ラインナップ 一部の構成において、-20°C～+70°C そのリリース範囲が正確な生産SKUに含まれている場合にのみ使用してください
広温度範囲対応ターゲット -40°C～+85°C（プロジェクト目標値） 適切なBOM、コールドスタート、ホットロード、および遷移試験が必要

スタートボード

ワークロードを満たすことができる最低の熱負荷から始める

スタートボード こんな時に使おう リリース前に確認する
Intel N100 産業用 Mini-ITX この用途には、6 Wクラスのプロセッサで十分です。 システム全体の熱、蓄熱、LAN、ヒートシンク／シャーシ間の熱伝達、および周囲温度の範囲
Intel N97 ファンレス Mini-ITX CPUやネットワークの負荷が高まる場合は、12 Wのプロセッサ基準を採用することが妥当である NICの発熱、蓄熱特性、受動抵抗、筐体、および連続負荷
ファンレス・広温度対応 Mini-ITX この設備には、所定の広範囲温度要件が定められています。 リリース範囲、BOM、保管、パワーステージ、熱インターフェース、および低温／高温検証

ファンレス冷却のレビュー

熱負荷と外皮を送信する

プロセッサ、持続的なワークロード、実測または推定のシステム消費電力、最高周囲温度、筐体の材質と寸法、設置方向、ストレージ、ネットワーク、数量、および必要な動作範囲を明記してください。.

ファンレス要件の提出

よくあるご質問

ファンレス Mini-ITX 設計に関するよくある質問

ファンレスのMini-ITXシステムは、どの程度のCPU TDPに対応できますか？

普遍的な限界値というものは存在しません。システムの総熱量、周囲温度、許容温度上昇、熱抵抗、筐体の面積、配置、およびワークロードによって、パッシブ冷却が機能するかどうかが決まります。.

Intel N100は、ファンレスでの使用において自動的に安全と言えるのでしょうか？

いいえ。6 WのプロセッサのTDPは良好ですが、RAM、SSD、LAN、USB、VRM、および筐体からの発熱も、熱設計予算に含める必要があります。.

なぜ、同じファンレス基板でも、密閉された筐体の中だと温度が上がりやすくなるのでしょうか？

密閉化により空気の循環が妨げられます。シャーシが外部の広い表面への効果的な熱伝導経路を確保していない限り、同じ作業負荷であっても内部の特定箇所で温度が上昇する可能性があります。.

システムをファンレス化しようとする試みを、いつやめるべきでしょうか？

継続的な生産負荷の下で、必要な熱抵抗、部品温度マージン、筐体サイズ、または最悪の場合の周囲温度条件を確実に満たすことができない場合は、能動的な空冷方式を採用してください。.

静音設計：フィールドに耐えるファンレス設計

ほこりの多い工場でも、スペースが限られたキオスクでも、当社のファンレスボードは常に低温で安定した動作を維持します。空気の流れが確保できない環境でも、静かで信頼性の高い動作を実現します。.