低電圧MOSFETに非常に小さい面実装タイプが出てきています。5×5mmの小型FETで熱抵抗50K/W以下とTOｰ220以下の温度上昇におさまるのかと驚きましたが、注記を見ると40×40mm基板　銅箔60mm^2　70μｍのパターンへ実装と書かれていました。

小型FETは基板へ熱をどれだけ逃がせるかが重要のようです。FreeCADで複数材質での熱解析を試しました。

■3Dモデル用意

　メニュー上部の▼を押し、ワークベンチをParts Designへ切り替えます。

　階段のようなアイコンをクリックすると新規のBODYが追加されま追加

　階段右のアイコンをクリックして、スケッチ作成よりxy平面を選択し、40×40mmの長方形を作成します。

　閉じて、押し出し1.6mmでPCB板のモデルを用意します。

　もう一つ、Bodyを追加します。

　最初に作ったbodyの表面を選択して、スケッチを追加します。この時推奨（独立したコピー）ではなく、「相互参照を作成」をチェックしOKをクリックします。

　水平、垂直、距離拘束を使い、30×20mmの長方形をスケッチします。　

　閉じて、0.07mmで押し出し、銅箔モデルになります。

　もう一つ、新規bodyを作成します。先ほどの20×30×0.07の上面を選択して、スケッチを追加します。これも「相互参照を作成」にチェックを入れて作図します。

　マウスの中央ボタンと右ボタンを押しながらマウスを動かすと表示を回転でき便利です。

　0.8mmで押し出します。これで左のコンボビューに3個のbodyが作成されました。この状態はbody同士の接触面が重複しており解析できないので、ブーリアンで重複面を削除します。

■ブーリアン

　上部の▼をPartへ切り替えます。Ctrlキーを押しながら3個のbodyを選択します。

　Boolean flagments（演算フラグメント）アイコンをクリックします。

　作成されたBooreanFragmentsを選択し、左下のModeをCompSolidへ変更します。

　メニュー「パート」（部品）より幾何形状のチェックをクリックします。左下に「複合ソリッド」「コンパウンド」が共に１となっています。

　閉じます。

　ブーリアンフラグメントを選択した状態から、メニュー「パート」⇒「コンパウンド」⇒「コンパウンドフィルター」を実行します。コンボビューの表示がCompoundFilterへ変わります。

　ファイルは一旦別名でSAVEしておくと無難です。

■解析

　左上の▼をFEMへ切り替えます。アイコンＡをクリックしAnalysisを追加します。

　続けて、アイコンＳをクリックしSolverCcxToolsを追加します。

(1)マテリアル設定

　Ａの右横の●アイコンをクリックし、材質を設定します。

　とりあえず材料にABS（熱伝導率0.16W/m/ＫとFR-4より低い値）を設定した。左下のソリッドをチェックし、４０×４０部分を選択追加した。

　アイコン●をもう１個追加し、Copperを選択し20×30ｍｍ銅箔へ適用。

　アイコン●をもう１個追加し、Copperを選択し5×5ｍｍ銅箔へ適用。1個のマテリアルに複数のBodyを選択すると解析時にエラーが生じるので、各body事にそれぞれマテリアルを設定しました。

(2)条件設定

　以下をクリックし、周囲温度は300[K]を設定した。

　以下をクリックし、熱源（損失１Ｗ）を設定した。FETの損失が熱源となるので上面を選択。

　TypeをCFluxへ切替え、数値を1 W とした。

　表面から空気への放熱を20W/m^2/K、周囲温度を300[K]とした。放熱する面として面積が広いPCBの表裏、銅箔パターンの表面を選択した。

(3)メッシュ分割

　コンパウンドフィルターに対して、以下のアイコンをクリックしてメッシュ分割を行います。

　最大サイズにメッシュ分割の最大サイズを入力します。40x40mm基板であり2mmを設定してみました。

　また2次精度にチェックを入れました。

(4)解析実行

　コンボビューにＳアイコンクリックで追加されたSolverCcxToolsをダブルクリックします。

　チェックを熱機械に切替え、Inpファイルの書き出しをクリックし実行します。1分前後待つとWrite Completedと表示されます。

　エラーが無ければそのまま「CulculiXを実行」をクリックし解析を開始します。

　CalculiX done without error! と表示されれば解析が完了していますので、閉じます。

■結果表示

　解析結果がコンボビューに追加されています。

　開いて、フィールドを「Temperature」へ切り替えると、3Dモデルの色が変わります。

　発熱対が最高温で340℃（＋40[K]）の温度上昇になりました。また、背面は30～35[K]程度の温度上昇でした。

　データシート記載の温度上昇50[K]以下に対して妥当な温度上昇予想になっています。

■考察

　材質の異なる3種のBodyを接続して熱解析を行いことができました。発熱は最終的に周囲の空気へ逃がすしかなく、発熱部品近傍をできる限り高温にして、空気へ排熱できるようにするかが大事です。今回銅箔が片面でしたので、スルーホール等で背面にも熱を逃がせば、より温度上昇を抑える、或いは基板面積を縮小できるかと感じました。