ちょっと、そこ！カスタム ヒートシンクのサプライヤーとして、私は製品に最適なサーマル インターフェイス マテリアル (TIM) についてよく質問されます。適切な TIM によってヒートシンクのパフォーマンスが大幅に向上し、効率的な熱伝達が確保され、コンポーネントの冷却が確保されるため、これは重要なトピックです。このブログでは、さまざまなタイプのサーマル インターフェイス マテリアルを詳しく説明し、カスタム ヒートシンクにどれが適しているかを判断できるようにします。
サーマルインターフェースマテリアルを理解する
TIM の種類に入る前に、TIM が何をするのかを簡単に理解しましょう。ヒートシンクを CPU やパワー トランジスタなどの熱源に取り付けると、2 つの表面の間に微細な隙間ができます。これらの隙間は空気で満たされており、熱伝導率が低くなります。サーマルインターフェースマテリアルはこれらのギャップを埋めるために使用され、熱源とヒートシンク間の熱接続を改善します。これにより、熱がソースからヒートシンクにより効率的に伝達され、周囲の環境に放散されます。
サーマルインターフェースマテリアルの種類
1. サーマルグリス
サーマル グリースは、サーマル ペーストまたはサーマル コンパウンドとも呼ばれ、最も一般的なタイプの TIM の 1 つです。粘性があり塗りやすく、熱伝導性に優れています。サーマル グリースは通常、熱特性を高めるために銀やアルミニウムなどの金属粒子を添加したシリコーンまたはセラミック ベースで作られています。
サーマル グリースの主な利点の 1 つは、低コストと使いやすさです。熱源またはヒートシンクの表面に少量のグリースを塗布し、2 つを押し付けるだけで済みます。グリースは微細な隙間を埋め、良好な熱接続を形成します。ただし、サーマルグリースにはいくつかの欠点があります。時間の経過とともに乾燥し、熱性能が低下する可能性があります。ヒートシンクを取り外して再度取り付ける場合にも、再度塗布する必要があります。
2. サーマルパッド
サーマル パッドは、TIM のもう 1 つの一般的なタイプです。これらは、熱源とヒートシンクの間に配置されるように設計された材料のプレカットシートです。サーマルパッドは通常、熱源やヒートシンクの表面に適合する、シリコンやグラファイトなどの柔らかく圧縮可能な素材で作られています。
サーマルパッドの主な利点の 1 つは、その利便性です。取り付けは簡単で、面倒なグリースの塗布は必要ありません。また、厚みが一定であるため、均一な熱接続が確保されます。ただし、サーマルパッドは一般にサーマルグリースよりも熱伝導率が低くなります。また、グリースよりも柔軟性が低いため、不規則な隙間を埋める効果が低下する可能性があります。
3. 相変化材料
相変化材料 (PCM) は、加熱されると固体状態から液体状態に変化する TIM の一種です。 PCM は通常、金属粒子を添加したワックスまたはポリマーベースで作られています。 PCM が加熱されると、溶けて熱源とヒートシンクの間の隙間を埋め、良好な熱接続を形成します。
PCM の主な利点の 1 つは、熱伝導率が高いことです。また、接触抵抗が低いため、他のタイプの TIM よりも効率的に熱を伝達できます。ただし、PCM はサーマル グリースやサーマル パッドよりも高価になる場合があります。また、溶解するにはある程度の熱が必要なため、低温での用途では効果が制限される可能性があります。
4. 熱接着剤
熱接着剤は、ヒートシンクを熱源に接着するために使用される TIM の一種です。これらは通常、金属粒子を添加したエポキシまたはシリコーンベースで作られています。熱接着剤はヒートシンクと熱源の間に強力な機械的結合を提供し、良好な熱接続を確保します。
熱接着剤の主な利点の 1 つは、ヒートシンクと熱源の間に永久的な接着を提供できることです。また、熱伝導率も高いため、効率よく熱を伝えることができます。ただし、ヒートシンクを交換する必要がある場合、熱接着剤を取り除くのが難しい場合があります。また、他のタイプの TIM よりも長い硬化時間を必要とします。
カスタム ヒートシンクに適したサーマル インターフェイス素材の選択
さまざまな種類のサーマル インターフェイス マテリアルがわかったところで、カスタム ヒートシンクに適切なマテリアルをどのように選択すればよいでしょうか?考慮すべきいくつかの要素を次に示します。
1. 熱伝導率
TIM の熱伝導率は、TIM がどの程度熱を伝達できるかを示す尺度です。熱伝導率が高いほど、TIM は熱源からヒートシンクへの熱の伝達が向上します。 TIM を選択するときは、熱伝導率の高いものを探してください。
2. 申請方法
TIM の適用方法も考慮すべき重要な要素です。サーマル グリースのような一部の TIM は塗布が簡単で、熱源またはヒートシンクの表面に均一に広げることができます。サーマルパッドなどの他の TIM は事前にカットされており、熱源とヒートシンクの間に簡単に配置できます。適用が簡単で、アプリケーションに合った TIM を選択してください。
3. 温度範囲
TIM の温度範囲も考慮すべき重要な要素です。サーマル グリースのような一部の TIM は高温に耐えることができますが、サーマル パッドのような他の TIM は温度制限が低い場合があります。アプリケーションの温度範囲に耐えられる TIM を選択してください。
4. 互換性
TIM とヒートシンクおよび熱源との互換性も考慮すべき重要な要素です。一部の TIM は特定の材料と反応する可能性があり、その効果が低下したり、ヒートシンクや熱源に損傷を与える可能性があります。必ずヒートシンクおよび熱源と互換性のある TIM を選択してください。
弊社のカスタム ヒートシンクと推奨 TIM
当社では、以下を含む幅広いカスタム ヒートシンクを提供しています。SSRラジエーター、OEM アルミニウム ヒートシンク、 そして押し出し成形ヒートシンク。ほとんどのヒートシンクでは、サーマル グリースまたはサーマル パッドの使用をお勧めします。
サーマル グリースは、高い熱伝導率が必要な用途に最適です。塗布が簡単で、優れた保温性能を発揮します。サーマルパッドは、利便性と取り付けの容易さが重要な用途に適しています。また、ヒートシンクの取り外しと再取り付けを頻繁に行う必要があるアプリケーションにも適しています。
どの TIM が自分のアプリケーションに適しているかわからない場合は、当社の専門家チームがお手伝いします。当社では、さまざまなタイプの TIM に関する詳細情報を提供し、カスタム ヒートシンクに適した TIM の選択をお手伝いします。
結論
カスタム ヒートシンクのパフォーマンスにとって、適切なサーマル インターフェイス素材を選択することが重要です。さまざまな種類の TIM を理解し、熱伝導率、塗布方法、温度範囲、互換性などの要素を考慮することで、アプリケーションに適切な TIM を選択できます。ご質問がある場合、またはカスタム ヒートシンクに適した TIM の選択についてサポートが必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。お客様のニーズに最適なソリューションを見つけるお手伝いをいたします。
参考文献
- 「Thermal Interface Materials: A Review」、JC Chato著、IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology、Vol. 13、No.1、1990 年 3 月。
- 「電子システムの熱管理」、DL Blackburn 著、マグロウヒル、2000 年。
- 「電子機器における熱伝達」、A. Bar-Cohen および AD Kraus、Taylor & Francis 著、1995 年。