ヒートシンク設計に関する 6 つの重要な考慮事項

ヒートシンクは、電子部品またはアセンブリによって発生した熱を冷却媒体に伝達します。熱は、伝導、対流、放射、またはこれらの熱伝達方法の組み合わせによって、高温領域 (電子部品) から低温領域 (流体媒体) に伝達されます。

この受動熱交換器の性能は、冷媒の速度、熱伝導率、サーマルインターフェースの材質、接続方法などの多くの要因によって決まります。特定のアプリケーションでは、モデリングと解析によってヒートシンクのパラメータを正確に決定できます。この記事を通して、 ヒートシンクメーカー Winshare は、ヒートシンクの設計に影響を与える 6 つの主な要素を共有します。

1. 熱抵抗

熱抵抗は、金型と冷却剤の間の熱流に対する抵抗の合計です。これらの熱流抵抗には、金型とコンポーネント ハウジングの間の抵抗、ハウジングとヒート シンクの間の抵抗 (熱界面抵抗)、およびヒート シンクと動作中の流体の間の抵抗が含まれます。熱抵抗は不均一な熱分布には影響しないため、熱平衡にないシステムのモデル化には適していません。

熱抵抗値は近似値ですが、これにより半導体デバイスやヒートシンクの熱特性をモデル化し、解析することができます。さまざまなヒートシンク設計の分析を使用して、最大の熱放散を達成するヒートシンクの形状とパラメータが決定されます。3D 熱抵抗を使用してヒートシンクをメッシュ化することで、熱特性の複雑なモデリングを実現できます。

2. 材料

ヒートシンクは、アルミニウムや銅などの熱伝導率の高い材料を使用して設計されています。銅は熱伝導率、微生物耐性、生物汚染耐性、耐食性、熱吸収性に優れています。その特性により、アルミニウムはヒートシンクとして優れた材料となりますが、アルミニウムよりも高価で密度が高くなります。銅と アルミヒートシンク それぞれに利点があり、最も一般的な 2 つのタイプのヒートシンクです。

ダイヤモンドは熱伝導率が高く、熱用途に適した素材です。その格子振動は、その優れた熱伝導性を説明します。AlSiC、ダイマロイ、銅タングステン擬似合金などの複合材料も熱用途によく使用されます。

3. ヒートシンクの配置、形状、大きさ、位置

冷却媒体の流れはヒートシンク上のフィンの配置に大きく影響されます。最適化された構成により、流体の流れに対する抵抗が軽減され、より多くの空気がラジエーターを通過できるようになります。その性能はフィンの形状やデザインによっても異なります。フィンの形状とサイズを最適化することで、熱伝達密度を最大化することができます。

4. 電子放熱効率

ヒートシンクは電子デバイスから熱を受け取り、周囲の冷却液に熱を放散します。フィンから冷却媒体に伝達される熱は、ヒートシンクの底部からの距離が離れるにつれて減少します。熱伝導率の高い材料を使用し、フィンのアスペクト比を下げると、フィンの全体的な効率を向上させることができます。

5. サーマルインターフェースマテリアル

表面の欠陥、粗さ、隙間は熱接触抵抗を増加させ、サーマルソリューションの有効性を低下させます。これらの欠陥により、電子部品とそのヒートシンクの間の熱接触面積が減少するため、熱流に対する抵抗が増加し、その結果ヒートシンクの効率が低下します。界面圧力を高め、表面粗さを小さくすることで、熱抵抗が低減されます。ほとんどの場合、これらの抵抗低減方法には限界があります。これらの制限を克服するために、サーマルインターフェースマテリアルが使用されます。特定の熱用途向けにサーマル インターフェイス材料を選択する場合、材料の抵抗率、接触圧力、表面ギャップのサイズを考慮する必要があります。

6. ヒートシンクの取り付け方法

ヒートシンクの熱性能は、ヒートシンクを電子デバイスまたはコンポーネントに取り付ける適切な方法を選択することによって強化できます。選択プロセスでは、熱管理ソリューションの熱要件と機械要件を考慮する必要があります。標準的なヒートシンクの取り付け方法には、ブラケット スペーサー、板バネ クリップ、エポキシ、熱伝導性テープなどがあります。

これらは、ヒートシンクを設計する際の放熱効果に影響を与える 6 つの主な要因です。ヒートシンクの放熱性能を高める場合も、上記の6つの要素を第一に考慮する必要があります。ヒートシンクの放熱効果を最適化したい場合は参考にしてください。それでも何も始めることができないと思われる場合は、メッセージまたは電子メールを送信して、専門家である Winshare に問い合わせることができます。 産業用冷却ソリューション プロバイダー。最も専門的なアドバイスを提供いたします。