適切なヒートシンク材料の選択: 包括的なガイド

導入

今日の急速に進化する技術環境では、電子デバイスやシステムの最高のパフォーマンスと寿命を実現するには、効果的な熱放散が重要です。 ヒートシンク 熱管理において重要な役割を果たし、コンポーネントを安全な温度範囲内に保ちます。ヒートシンクの材料を選択する際には、熱伝導率、重量、コスト、アプリケーション固有のニーズを理解することが重要な考慮事項となります。この詳細なガイドでは、最も一般的なヒートシンク材料と、ニーズに最適なものを選択する際に考慮すべき重要な要素について説明します。

一般的なヒートシンク材料

1. アルミニウム製ヒートシンク

アルミニウム そのため、ヒートシンク用途で広く使用されています。 lightweight 自然と 良好な熱伝導性。それも 耐食性 そして 費用対効果の高い、多くの電子機器で人気のある選択肢となっています。

合金: ヒートシンクに使用される一般的なアルミニウム合金には次のものがあります。 6063、6061、6082。各合金は独自の特性を備えています。

· 6063: 6063 は優れた押出性で知られており、良好な表面仕上げと良好な耐食性を提供します。熱伝導率は約201W/m・Kです。

· 6061: この合金は優れた機械的特性を備えており、強度が優先される場合に一般的に使用されます。熱伝導率は約167W/m・Kです。

· 6082: 強度と耐食性のバランスが取れた 6082 は、より要求の厳しい用途に適しており、約 180 W/m・K の熱伝導率を誇ります。

利点:

· 軽量で作業が簡単です。

· 熱伝導性、電気伝導性に優れています。

· 費用対効果が高く、広く入手可能です。

短所:

· 銅に比べて熱伝導率が低い。

· 優れた伝導性が要求される高熱用途には適していません。

2. 銅製ヒートシンク

銅 アルミニウムよりも大幅に高い熱伝導率を持っていることが特徴です。この機能により、迅速な放熱が必要なアプリケーションに最適です。

合金: ヒートシンク用の一般的な銅合金には次のものがあります。 C101とC110:

· C101: 無酸素電子 (OFE) 銅として知られる C101 は高純度で、熱伝導率は約 391 W/m・K です。

· C110: 最も一般的に使用される銅合金で、熱伝導率は約 386 W/m・K です。微量の酸素を含んでおり、強度と加工性が向上します。

利点:

· 優れた熱伝導性により、高性能アプリケーションに最適です。

· 高密度で放熱性に優れています。

短所:

· アルミニウムよりも重いため、重量に敏感な用途では欠点になる可能性があります。

· より高価であり、全体の生産コストに影響を与えます。

コストに関する考慮事項: 銅のコストが高いことは、特に予算の制約が重要な大規模アプリケーションにとっては重要な要素です。

3. グラファイトフォームヒートシンク

グラファイトフォーム 軽量かつ熱伝導性に優れた新素材です。密度が低いため、重量が重要な考慮事項となる状況に最適です。

製造プロセス： グラファイトフォームは、グラファイトを非常に高温に加熱して膨張させ、泡状の構造を形成することによって作成されます。この技術により、熱特性が改善されます。

利点:

· 軽量で複雑な形状も容易に成形できます。

· 熱伝導率が高いので放熱効果があります。

短所:

· 従来の材料と比較して製造コストが高くなります。

· 入手可能性が限られており、アルミニウムや銅に比べてあまり知られていません。

アプリケーション: グラファイトフォームは主に次の用途に使用されます。 航空宇宙産業および軍事産業、パフォーマンスと重量が重要な考慮事項となります。

ヒートシンクの性能に影響を与える要因

熱伝導率

熱伝導率 材料がどれだけ熱を伝導できるかを測定します。銅などの熱伝導率が高い材料は、熱を素早く放散するのに効果的です。

表面積とフィンの設計

の 表面積 そして フィンのデザイン ヒートシンクの性能はその性能に大きく影響します。より大きな表面積と最適化されたフィン設計により、ヒートシンクから周囲の空気に熱が伝わる面積が増えるため、熱放散率が向上します。

熱伝達係数

の 熱伝達係数 温度差 1 度あたりの単位面積あたりの熱伝達率の尺度です。この係数を高める材料と設計により、ヒートシンクの効率が向上します。

材料の厚さと質量

の 厚さと質量 ヒートシンクの材質は、熱を蓄え、放散する能力に影響します。材料が厚いとより多くの熱を吸収できますが、重量も増加し、コストも増加する可能性があります。

サーマルインターフェースマテリアル

サーマルインターフェースマテリアル（TIM）の重要性

サーマルインターフェースマテリアル (TIM) はヒートシンクと電子部品の間の微細な隙間を埋め、熱伝達効率を高めます。

TIM の種類

· サーマルグリース：なじみ性が高く、熱伝導性に優れています。

· 相変化材料：室温では固体ですが、使用温度では液体になり、隙間を効果的に埋めます。

· サーマルパッド: 貼り付けと取り外しが簡単で、要求の少ない用途に適しています。

TIM を選択する際の考慮事項

· 熱伝導率: 熱伝導率が高い TIM により、ヒートシンク全体のパフォーマンスが向上します。

· 適用のしやすさ: 申請プロセスと、TIM を再適用する必要があるかどうかを検討してください。

· 互換性: ヒートシンクの材質と電子部品の両方との適合性を確保します。

製造プロセス

1. 押出材（アルミニウム）

押し出し は、アルミニウム製ヒートシンクを製造するためのコスト効率の高いプロセスです。これには、アルミニウムを金型に押し込んで希望の形状を作成することが含まれ、複雑なフィンの設計が可能になります。

2. ダイカスト(アルミ)

ダイカスト 溶かしたアルミニウムを金型に注入する作業です。このプロセスは大量生産に適しており、複雑な形状を高精度に製造できます。

3. 機械加工（銅、アルミ）

機械加工 固体ブロックから材料を切り取ってヒートシンクを形成することが含まれます。このプロセスは銅とアルミニウムの両方に使用され、少量生産またはカスタム設計に最適です。

4. 積層造形 (グラファイトフォーム、先端材料)

積層造形、または 3D プリントを使用すると、従来の方法では不可能な複雑な形状やデザインを作成できます。このプロセスは次の目的で使用されることが増えています。 グラファイトフォーム およびその他の先進的な材料。

コストと重量の考慮事項

材料費

材料コストは、アルミニウム、銅、グラファイトフォームの間で大きく異なります。アルミニウムは最もコスト効率が高く、銅とグラファイトフォームはより高価です。

製造コスト

製造コストは使用するプロセスによって異なります。アルミニウムの押出成形とダイカストは一般に安価ですが、機械加工や積層造形はコストが高くなる可能性があります。

さまざまなアプリケーションに対する重量の影響

重量は、航空宇宙やポータブル電子機器などの用途において重要な要素です。アルミニウムとグラファイトフォームは銅に比べて重量面で有利です。

新興の材料と技術

炭素繊維複合材

炭素繊維複合材 軽量特性と優れた熱伝導性を兼ね備えており、高度な用途に適しています。

ダイヤモンドベースの材料

ダイヤモンドベースの材料 優れた熱伝導率を備え、高性能で熱に敏感な用途に使用されます。

ベイパーチャンバーとヒートパイプ

ベーパーチャンバー そして ヒートパイプ 相変化材料を使用して表面全体に効率的に熱を放散することで、熱伝達を強化します。

結論

さて、さまざまな利点と欠点を包括的に理解できました。 ヒートシンク ヒートシンクの設計に役立つことを願っています。ご不明な点がございましたら、お気軽にコメントを残してご相談ください。

広東ウィンシェアサーマルテクノロジー株式会社、 2009 年に設立され、高出力冷却ソリューションに重点を置いています。当社は、新エネルギー分野における熱管理のリーダーとなるよう取り組んでいます。お客様により良いサービスを提供し、信頼性の高い熱管理ソリューションを提供するために、当社は継続的に研究開発チームを拡大し、熱伝達ラボの構築に投資しています。また、華南理工大学と協力して研究開発人材の育成や新たな熱伝導技術の開発にも取り組んでいます。Winshare Thermal は、パートナーが最適な製品パフォーマンスを達成できるように、高度な熱管理サポートを提供します。