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- 「サーマルリリーフをOFFにしろ」と言われたが、何のことかピンとこない
- 大電流のパッドを十字接続にしていたら、レビューで指摘された
- 逆にベタ接続にしたら、製造から「はんだ不良が出る」とクレームが来た
- 結局どっちが正解なのか、判断基準がわからない
- サーマルリリーフとベタ接続の本当の意味
- 「放熱性」と「はんだ付け性」のトレードオフの正体
- パワー部品・信号部品ごとの使い分け基準
- 製造部門と揉めないための合意の取り方
前回までの記事で サーマルビアの設計 を扱いました。「サーマルリリーフはOFFにしろ」というアドバイスが何度も出てきましたが、そもそも サーマルリリーフって何？ なぜ存在するの？ という疑問を持った方も多いはずです。
結論を先に言います。
サーマルリリーフは 「はんだ付けしやすくするための仕組み」 です。でも、その代償として 「放熱性が悪化する」。だから大電流のパッドではOFFにすべきだし、信号系の小さなパッドではONのままがいい。使い分けが命なのです。
この記事では、そのトレードオフを「家のドア」のたとえで完全図解していきます。
サーマルリリーフって何？=「狭いドア」の正体
サーマルリリーフ（Thermal Relief）とは、パッドをベタGNDに接続するときに、「十字（または斜め4本）の細いリブだけで繋ぐ」パターンのことです。
サーマルリリーフ
形状：十字の細いリブで接続
例えると：狭いドア
特徴：熱が逃げにくい
ベタ接続
形状：パッドの全周がベタと直結
例えると：全開のガレージ扉
特徴：熱がスムーズに逃げる
なぜ「狭いドア」をわざわざ作るのか？
「ベタ接続の方が熱が逃げて良いなら、全部ベタでいいのでは？」と思いますよね。でも、それでは はんだ付けの工程 で問題が起きます。
パッドをベタGNDに直結すると、はんだ付け時に 熱がベタGND全体に逃げてしまい、肝心のパッドの温度が上がりません。結果、はんだが溶けきらず 「いもはんだ」「未接合（オープン）」「片浮き」 といった不良が発生する。
そこで考案されたのが 「あえて熱の通り道を狭くする」=サーマルリリーフ。十字のリブだけで接続することで、はんだ付け時の熱がパッドに留まり、確実にはんだが溶けて良好な接合ができるわけです。
サーマルリリーフは 「製造（はんだ付け）の都合」 で生まれた仕組み。設計者の都合ではありません。だから設計者は「使いどころ」を判断する責任があります。
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トレードオフ=「放熱」と「はんだ付け性」のシーソー
サーマルリリーフとベタ接続の関係は、シーソーで考えるとわかりやすいです。
| 項目 | サーマルリリーフ | ベタ接続 |
|---|---|---|
| 放熱性能 | × 悪い | ○ 良い |
| 通電（電流容量） | × ボトルネック | ○ 大電流OK |
| はんだ付け性 | ○ 良好 | × 不良リスク |
| 手はんだ（リペア） | ○ 簡単 | × コテが負ける |
見ての通り、放熱・通電を取れば製造性が下がり、製造性を取れば放熱・通電が下がる。完全な二律背反です。
この事実を知らずに設計すると、「設計部門は放熱を最優先したいが、製造部門ははんだ不良を懸念して反対する」という対立が起きます。トレードオフの存在を最初に共有しておくことが大切です。
使い分けの判断基準=「電流」と「発熱」で決める
では実際にどう使い分けるか。基準はシンプルで 「そのパッドに大電流が流れるか／発熱するか」 です。
大電流が流れるパッド → ベタ接続
パワーコネクタ、ヒューズ、シャント抵抗、パワー素子のソース／ドレイン端子など。電流のボトルネックを作ってはいけない。
放熱が必要なパッド → ベタ接続
パワーICの放熱パッド、レギュレータのGNDタブ、LEDの放熱パッドなど。熱の逃げ道を確保する。
小信号・低電流のパッド → サーマルリリーフ
マイコン、抵抗、コンデンサ、コネクタの信号ピン、LEDのアノードなど。製造性を優先。
具体例で見る使い分け
| 部品例 | 推奨 | 理由 |
|---|---|---|
| 電源コネクタ（10A以上） | ベタ接続 | 電流ボトルネック回避 |
| パワーIC放熱パッド | ベタ接続 | 放熱経路の確保 |
| パワーMOSFETのソース | ベタ接続 | 電流＋放熱の両方 |
| マイコンのGND | サーマルリリーフ | 小信号・はんだ性優先 |
| パスコン（0603・0805） | サーマルリリーフ | 片浮き防止 |
| スルーホールのGND端子 | サーマルリリーフ | 手はんだ性確保 |
「迷ったら、その部品が 1A以上流れるか で判断しなさい」とよく言われます。1A以上ならベタ接続を検討、未満ならサーマルリリーフでOK、というざっくりした目安です。
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ベタ接続にしたときのはんだ不良対策
「大電流だからベタ接続したい。でも、はんだ不良のリスクが心配…」というケースが必ず出てきます。安心してください、対策はあります。
リフロープロファイルを最適化する
大きなベタ接続のパッドは「予熱時間を長めに」「ピーク温度を少し高めに」して、パッド全体を確実に温める。
パッド形状を非対称にする
チップ部品（0603など）の片側だけベタ直結、もう片側はサーマルリリーフにすると 「片浮き（ツームストーン現象）」 を防げる。…と思いきや、これは逆効果。実は 両端の熱バランスを揃える 方がツームストーン対策に有効。
製造部門と「設計時に」相談する
後出しじゃんけんでは揉める。設計初期に 「このパッドはベタ接続にしたい。リフロー条件で対応可能ですか？」 と確認しておくのが鉄則。
小型チップ部品（0603・0402など）が、リフロー時に「片側だけ先にはんだが溶けて、部品が立ち上がってしまう」現象。墓石のように立つことから「ツームストーン」と呼ばれる。両端のはんだ溶融タイミングがズレることが原因。
小型チップ部品（0603以下）にはベタ接続は 基本NG です。ツームストーン対策のため、サーマルリリーフ＋両端の熱対称性を保つのが鉄則。
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CADでの設定方法=「自動」を信じすぎない
多くの基板CADでは、ベタGNDのパッドは デフォルトでサーマルリリーフが自動付与 されます。便利ですが、これが落とし穴。
パワー部品でも自動でサーマルリリーフが付いてしまい、設計者が 気づかずに発注 →試作時に発熱トラブル、というのが典型的な失敗パターンです。
CADで必ず確認すべき項目
- パワー部品のパッドが 個別にベタ接続設定 になっているか
- 放熱パッドのサーマルリリーフが OFF になっているか
- 大電流コネクタの足が 十字接続のまま になっていないか
- ガーバー出力後に 目視で確認 したか（CAD表示と実際の差を防ぐ）
主要CADの設定箇所（参考）
| CAD | サーマルリリーフ設定箇所 |
|---|---|
| Altium Designer | Polygon設定 → Connect Style |
| KiCad | Zone Properties → Pad connections |
| CR-5000 / CR-8000 | プレーン設定 → 接続方法 |
| EAGLE | Polygon設定 → Thermals |
CADの自動設定は「全部サーマルリリーフ」になりがち。パワー部品だけ個別にベタ接続を指定するのが現場のスタンダードです。設計レビューでは、必ずガーバーやプレーン表示で目視確認を。
製造部門と揉めないための合意の取り方
設計者は「放熱性能」を、製造部門は「歩留まり」を重視します。利害がぶつかるのは当然。だからこそ、事前のすり合わせ が肝心です。
設計初期に「ベタ接続にしたいパッド」をリストアップ
パワー部品・放熱パッド・大電流コネクタを洗い出す。
製造部門に共有して相談
「このパッドはベタ接続にしたい。リフロー条件で対応可能ですか？」と聞く。
合意をドキュメント化
「このパッドはベタ接続。リフロー予熱時間を◯秒延長で対応する」と図面・指示書に明記。
試作後は実機で熱画像 & はんだ品質を評価
サーモグラフィでパッド温度を確認。X線ではんだボイドもチェック。
「設計者の独断でベタ接続にして、量産で大量不良→リコール」というのが最悪のシナリオです。製造部門との合意こそ、ベタ接続を成功させる最大のカギです。
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まとめ=部品ごとに「ドアの広さ」を選ぶ
今日のまとめです。
○ サーマルリリーフは 「はんだ付け性のための狭いドア」
○ ベタ接続は 「放熱・通電のための全開ガレージ」
○ 大電流・発熱パッドはベタ接続、小信号・チップ部品はサーマルリリーフ
○ CADの自動設定を信じすぎず、パワー部品は個別に指定
○ ベタ接続は 製造部門と事前合意 を必ず取る
設計の都合と製造の都合は、
「設計時に」すり合わせる
サーマルリリーフとベタ接続の使い分けは、設計者が 「放熱・通電・製造性の3つを天秤にかけて決める仕事」 です。CADの自動設定に任せず、自分の頭で「このパッドは何が大事か」を判断できるようになりましょう。
次回は、ベタGND自体の設計（GNDプレーンの引き方）に踏み込んでいきます。お楽しみに。
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メーカーで電気設計と品質保証に携わってきた経験をもとに執筆しています。むずかしい専門用語をできるだけ使わず、はじめて学ぶ人がつまずかないように、図とたとえで説明することを大切にしています。
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この記事の内容がわかったら、基板の熱設計の次のテーマに進みましょう。続けて読むと、現場でそのまま使える知識になります。
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気になるところから読んでも大丈夫です。どの記事も、はじめて学ぶ人向けにやさしく書いています。
