電子機器にとって最も難しい決断の一つは、適切なサーマルパッドを選ぶことです。そのため、NVIDIA、Broadcom、TSMCといった評判の高いチップメーカーでさえ、高品質のサーマルパッドに投資しているのです。 サーマルパッド.
この記事では、最適な熱管理を実現できる適切なサーマルパッドの選び方をご紹介します。.
電子機器用サーマルパッド素材：簡単な比較
電子機器に適したサーマルパッドを選ぶ際には、材質、寸法、絶縁性、難燃性、圧縮性といった点が重要になります。ここでは、最も一般的な熱伝導性材料について簡単に見ていきましょう。.
| サーマルパッド素材 | 備考 |
| シリコンベースのサーマルパッド | ・優れた柔軟性と適合性 ・凹凸のある電気表面に適しています |
| 非シリコン製サーマルパッド | ・低シリコンまたはシリコンフリーの構造に最適 ・つまり、シリコーンによる汚染が望ましくない場合 |
| グラスファイバー強化サーマルパッド | ・より高い機械的強度を実現するため ・熱パッドが破れや取り扱いによる損傷に耐える必要がある用途に最適です。 |
| グラファイト系熱界面材料 | ・高い熱性能が求められる用途向けに設計されています。 |
| 独自配合のサーマルパッド | ・これらは、特定の要件に合わせて設計された、用途に特化したサーマルパッドです。既存のサーマルパッドがシステム仕様に適合しない用途でよく使用されます。. |
電子機器メーカーがサーマルパッドを使用する理由
電子機器メーカーが高品質のサーマルパッドに投資しなければならない理由は数多くあります。これは最適な熱伝導を確保するためだけでなく、適切な部品組み立てのためにも不可欠であることを忘れてはなりません。.
・熱管理の改善
電子部品は熱を発生します。その熱は、ヒートシンク、筐体、冷却板、またはその他の熱管理構造へと確実に伝達される必要があります。サーマルパッドは、これらの部品間の界面を埋める役割を果たします。.
重要なのは、単にパッドを通して熱を移動させることだけではありません。表面の凹凸によって生じる熱抵抗を低減し、動作中に安定した接触を維持することです。.
・表面の凹凸を埋める
機械加工や成形された表面は、接合面間に微細な隙間が残るため、完全に平坦ではありません。空気は熱伝導率が低いため、これらの隙間が熱伝導経路の重要な部分を占める可能性があります。柔軟性のあるサーマルパッドは、表面の凹凸を補正します。.
・電気絶縁を提供する
多くの電子機器アセンブリでは、部品とヒートシンクの間に電気的な接続を設けることなく熱伝導を行う必要があります。電気絶縁性のサーマルパッドは、これらの両方の機能を提供できます。電気安全要件の対象となる機器の場合、絶縁は仮定ではなく仕様として扱うべきです。機器および電圧環境によっては、IEC 60664-1やIEC 62368-1などの規格が適用される場合があります。.
・長期的な熱信頼性の向上
初期の熱性能は、性能の一部に過ぎません。パッドは、圧縮、加熱、冷却、振動、および繰り返しの動作サイクル後も、その性能を維持しなければなりません。.
電子機器におけるサーマルパッドの使用箇所
インバーターや電源装置などのパワーエレクトロニクスから、通信機器や民生用電子機器に至るまで、サーマルパッドは現代の電子機器において不可欠な役割を果たしている。.
実際、電気自動車やエネルギー貯蔵システムといった特定の産業は、サーマルパッド技術から多大な恩恵を受けています。バッテリー関連の電子機器から電力変換ハードウェア、制御システムに至るまで、すべて効率的な熱管理のためにサーマルパッドが使用されています。.
つまり、熱伝導を制御する必要があるあらゆる用途でサーマルパッドを使用できます。例えば、以下のような用途です。
- 高速ストレージドライブ
- GPUメモリ（VRAM）
- マザーボードのVRM
- LED照明および電源装置。.
電子機器に適したサーマルパッドの選び方
電子システムに適したサーマルパッドを選ぶことは、絶対に譲れないことです。実際、適切なパッドを使用していない電子システムは、いかなる品質管理（QC）プロセスにも合格しません。.
・必要な熱伝導率を決定する
まずは熱伝導率の要件から始めましょう。必ずしも利用可能な最高伝導率を指定する必要はありません。伝導率が高くなると、硬度、厚み、コスト、加工性、その他の物理的特性が変化する可能性があります。.
・必要な隙間の厚さを測定する
実際の界面を測定してください。製造公差によってギャップが変化する可能性がある場合は、推定ギャップに基づいて設計しないでください。パッドは、適切な接触圧力を維持しながら、意図したギャップに対応できる必要があります。.
・適切な硬度を選択してください
硬度は、組み立て時の圧力下でパッドがどれだけ容易に変形するかを決定します。一般的に、柔らかいパッドは凹凸のある表面に容易に適合します。一方、硬いパッドはより高い機械的安定性を提供する可能性があります。.
・圧縮要件を確認する
アセンブリがどれだけの力を加えられるか、そしてパッドにどれだけの圧縮力が必要かを把握しておく必要があります。圧縮力が弱すぎると熱的な隙間が生じる可能性があります。逆に圧縮力が強すぎると、部品が損傷したり、パッドが変形したり、製造上の問題が発生したりする可能性があります。.
・電気絶縁について検討する
パッドが通電部品と導電性ヒートシンクの間に配置される場合、誘電性能が非常に重要になります。誘電強度、絶縁要件、厚さ、および該当する機器規格を確認してください。.
・動作温度範囲を定義する
サーマルパッドは、実際の動作温度範囲全体にわたって機能し続ける必要があります。連続的な温度変化と温度変動の両方を考慮し、さらに温度サイクルについても検討してください。.
・難燃性および安全要件を評価する
可燃性に関する要件は、完成品の機器とその想定される市場によって異なります。該当する場合は、UL 94などの要件や関連する製品安全規格に照らして、サーマルパッドを評価してください。.
・環境曝露を考慮する
用途によっては、パッドは湿度、振動、温度変化、汚染物質、または長期的な圧縮にさらされる可能性があります。自動車、産業、通信、エネルギー貯蔵などの用途では、特に厳しい条件が求められる場合があります。.
よくある質問
電子機器には、サーマルパッドとサーマルペーストのどちらを使うべきでしょうか？
用途によって最適な方法は異なります。非常に薄い界面にはサーマルペーストの使用をお勧めします。一方、厚みを制御しつつ、きれいな組み立てと隙間の充填を実現したい用途には、サーマルパッドが最適です。.
サーマルパッドの素材の品質をどのようにテストしますか？
試験を実施することで、特定のサーマルパッド材料がお客様独自の用途要件に適合するかどうかを判断できます。そのため、熱伝導率、厚さ、圧縮特性、誘電強度および誘電厚さを測定する必要があります。.
電子機器に最適なサーマルパッドはどれですか？
特定の電子機器に最適なサーマルパッドは一つではありません。適切なサーマルパッドは、熱伝導率、ギャップの厚さ、電気絶縁性、使用温度範囲、難燃性、環境への曝露、硬度などによって異なります。.
サーマルパッドは電気的に絶縁性がありますか？
電気絶縁性は、使用する材料と仕様によって異なります。.
厚みのあるサーマルパッドの方が熱伝導率が高いのでしょうか？
必ずしもそうとは限りません。厚さは熱ギャップの大きさによって決まるからです。.
最後に
サーマルパッドは、あらゆる電気機器の熱管理において重要な構成要素です。表面の隙間を埋めるだけでなく、熱伝導を最適化する役割も果たします。.
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