ヒートシンクガイド - 種類、用途、用途

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このガイドでは、ヒートシンクの種類、その用途、最も一般的な産業用途について説明します。

この投稿を読み終えるまでに、ヒートシンクとは何か、そしてヒートシンクがビジネスにどのようなメリットをもたらすのかをより深く理解できるようになります。乞うご期待！

ヒートシンクとは何ですか?

ヒートシンクは、熱い物体から冷たい物体に熱エネルギーを伝達する受動的なデバイスです。

銅やアルミニウムなどの熱伝導率の高い素材で作られています。ヒートシンクを使用して効率的に熱を放散します。

ヒートシンクは、CPU、GPU、LED ライトなどの電子デバイスでよく使用されます。

これらのデバイスが熱くなりすぎると、ヒートシンクは熱を高温の物体から低温の環境に移して冷却します。

これらのデバイスは、ヒートシンクがないと過熱し、デバイス自体に損傷を与えたり破壊したりする可能性があります。

ヒートシンクはどのように機能しますか?

ヒートシンクは、コンピュータの CPU から熱エネルギーを吸収し、それをより害の少ない形式のエネルギーに変換するデバイスです。

熱エネルギーを周囲の空気に伝達し、周囲の空気が冷えて風や水蒸気になります。

その後、このプロセスが繰り返され、最初に 1 つの表面 (「ソース」) から熱を吸収し、次にその熱をより低い温度で別の表面 (「シンク」) に放出します。

このプロセスが機能するのは、金属表面の近くに高温の空気分子があると、他の環境よりも速く前後に振動し始めるからです。

この振動により近くの配線に電流が発生するため、ヒートシンクの両側に銅線で配線を接続すると電気が流れます。

ヒートシンク材料

アルミニウム製ヒートシンク

アルミニウムは熱伝導率が他のどの金属よりも優れており、銅や銀などの他の高級金属に比べて非常に安価です。

アルミニウム ヒートシンクは最高のヒートシンクではありませんが、最も効率的なヒートシンクの 1 つであることは間違いありません。

アルミニウムは接触しているものから熱を伝導するのに優れており (アルミニウムの熱伝導率は銅のほぼ 3 倍であることに注意してください)、アルミニウム ヒートシンクはこの事実をすべてのフィンで利用しています。

銅製ヒートシンク

一般に、銅製ヒートシンクは、電力密度が高いアプリケーションや、ヒートシンク表面により均一な熱放散が必要なアプリケーションに適しています。

銅を使用すると、周囲温度とジャンクション温度の間の熱性能の差が大きくなり、高電力動作時の平均ケース温度が低くなります。

ヒートシンクの種類

ヒートシンクにはいくつかのタイプがあります。メーカーっぽい ウィンシェアサーマル アプリケーションやデバイスに応じて異なるヒートシンクを設計します。

· 押出成形ヒートシンク

押し出しヒートシンクの形状は、金属を金型に押し込むことによって作成されます。

このタイプのヒートシンクは、経済的な価格で優れたパフォーマンスを提供するため、非常に一般的です。

このタイプのヒートシンクが良好な性能を発揮するための重要な要素は、フィンがベースに向かう方向またはベースから遠ざかる方向に曲がる方向です。

· 削られたヒートシンク

スカイブド ヒートシンクは鋭い刃を備えた形状で、最も一般的なタイプのヒートシンクです。

これらのヒートシンクは、特にサイズが大きく複雑な形状が必要な場合に、製造が簡単です。

スカイブド ヒートシンクは、熱放散面が 1 平方メートル以下の場所に使用されます。

このタイプのヒートシンクの欠点は、その性能が流体の流れの速度と圧力に依存することです。

· ヒートパイプヒートシンク

ヒートパイプタイプは、サーモス圧縮性流体と呼ばれる特殊な材料で作られた受動デバイスです。

材料の一端、つまり蒸発器が加熱されると蒸発が起こり、材料が気体に変わります。ガスは接続されている他のチューブに上昇し、そこで凝縮して液体となり、蒸発器に戻ります。

ヒート パイプ タイプは、2 種類の金属を使用する場合に最も効果的に機能します。1 つは蒸発器として使用される表面積の大きい金属、もう 1 つは熱接続のために両端に接続された銅またはアルミニウムのチューブです。

· 接着ヒートシンク

CPUの冷却には接着ヒートシンクタイプが最適です。接着ヒートシンク (現在でもペルチェ クーラーまたは熱電クーラー (TEC) として一般的に知られている) は、最大 150 W (40 W TEC が最も一般的) まで CPU を冷却できます。

接着ヒートシンクには、アクティブ ボンディングとパッシブ ボンディングの 2 つの異なるタイプがあります。

· 鍛造ヒートシンク

鍛造ヒートシンクは、金属を型に流し込むかプレスして冷却することによって製造されます。

アルミニウム、銅、ステンレス鋼などの他の金属から作ることができます。

極めて高い強度が必要な部品は鍛造で成形することができます。鍛造品は、最も高価なタイプのヒートシンクであっても、最高の外観を持つ傾向があります。

鍛造ヒートシンクは、見た目が良く、サイズにより大量の熱を放散できるため、ハイエンドの CPU クーラーでよく使用されます。

· ろう付けヒートシンク

ろう付けヒートシンクは、部品が銀や銅などのろう付け材料で接続されているタイプのヒートシンクです。

ろう付けは融点が低く、急速に冷却すると強力な接合部を形成するため、金属をアルミニウムに接合するときによく使用されます。

ろう付けタイプのヒートシンクは通常銅で作られていますが、アルミニウムで作られることもあります。

· 摩擦撹拌溶接ヒートシンク

摩擦撹拌溶接ヒートシンクは、銅やアルミニウムなど、数種類の金属で作ることができます。

摩擦撹拌溶接は、接合するまで金属を回転させることにより、金属を溶かさずにかき混ぜる溶接の一種です。

摩擦撹拌溶接タイプのヒートシンクは、他のより固体タイプのヒートシンクよりも柔軟な形状とサイズを実現します。

ヒートシンクは何に使用できますか?

• 電子機器の寿命を延ばします。

• 熱を除去することで効率が向上します。

• 敏感な回路を過熱から保護します。

• 使用中にデバイスに触れても涼しい状態を保ちます。

適切なヒートシンクを選択するにはどうすればよいですか?

ヒートシンクを選択する際には、考慮する必要がある主な要素が 3 つあります。

· ヒートシンクの種類

必要なヒートシンクの種類は、冷却しようとしているデバイスの種類によって異なります。

ヒートシンクには次の 2 種類があります。

1.パッシブ

2.アクティブ

パッシブ ヒートシンクは自然の空気の流れに依存して熱を放散しますが、アクティブ ヒートシンクにはファンまたはデバイスを能動的に冷却するその他の手段が備わっています。

デバイスの周囲に良好な空気の流れがない場合は、アクティブ ヒートシンクが必要になります。

· ヒートシンクの必要性

次に考慮すべきことは、ヒートシンクが必要かどうかです。すべてのデバイスが大量の熱を発生するわけではありません。また、大量の熱を発生する一部の家電製品は必ずしも冷却する必要はありません。

ヒートシンクが必要かどうかを判断する最善の方法は、デバイスの仕様をよく読むことです。

通常を超える熱レベルが発生する場合は、アクティブ ヒートシンクを使用することをお勧めします。

温度計を使用してデバイスの温度を測定します。50℃以上になる場合はヒートシンクを使用する必要があります。

· 注目すべき機能

最後に注目するのはヒートシンクの機能です。ヒートシンクの効果に影響を与える機能がいくつかあります。

ヒートシンクの熱伝導率が高く、動作温度が低く、ノイズ発生レベルが低く、速度が調整可能であることを確認する必要があります。

これらのことにより、新しいヒートシンクから最高の機能を確実に引き出すことができます。

ヒートシンクの主な用途

ヒートシンクの用途には次のようなものがあります。

· ヒートシンクはエレクトロニクス業界で一般的に使用されています。これらは、マザーボード、マイクロプロセッサー、およびグラフィックス カードのヒート スプレッダーとして使用されています。

· ヒートシンクは、冷却プロセスの副産物として熱が発生する冷蔵庫やエアコンなどの家庭用電化製品に広く使用されています。

· ヒートシンクは、熱容量の高い流体から熱容量の低い流体に熱を伝達する熱交換器に広く使用されています。このヒートシンクの用途は、空調、ヒートポンプ、および暖房システムに見られる場合があります。

· ヒートシンクは、自動車用ヒーターや一部の産業プロセス用ヒーターのラジエーターとしても使用されます。

· ヒートシンクは照明業界で広く使用されており、照明中の放電の副産物として熱が発生します。このヒートシンクの用途は、熱の発生を抑える必要があるステージ/自動車用ライトやスタジオ ランプに見られます。