サーマルパッドを選定する際、エンジニアが最初に注目する仕様は熱伝導率であることが多いです。10 W/m・Kや15 W/m・Kの材料は、5 W/m・Kの材料よりも優れた熱性能を提供すると考えられがちです。
しかし、熱伝導率だけでは、実際の電子機器におけるサーマルパッドの性能を決定することはできません。
AIサーバー、GPU、CPU、電源モジュール、車載電子機器、バッテリーシステムなどのアプリケーションでは、エンジニアは熱抵抗、厚さ、圧縮性、接触圧力、電気絶縁性、信頼性、アプリケーション条件など、他のいくつかの要因を考慮する必要があります。
W/m・Kで表される熱伝導率は、材料がどれだけ効果的に熱を伝導するかを示します。
しかし、サーマルパッドの実際の熱伝達性能は、熱伝導率以上のものに依存します。
単純化された関係は次のようになります。
熱抵抗 ≒ 厚さ / (熱伝導率 × 接触面積)
これは、熱伝導率の高いサーマルパッドでも、厚すぎたり、接合面との接触が良好でなかったりすると、必ずしも低い熱抵抗を提供しない可能性があることを意味します。
例えば、表面接触の悪い15 W/m・Kのサーマルパッドは、部品やヒートシンクに密着する低熱伝導率のパッドよりも性能が劣る可能性があります。
したがって、エンジニアはW/m・Kの値だけを比較するのではなく、実際のアプリケーション条件での熱抵抗を評価する必要があります。
サーマルパッドの厚さも重要な要素です。
電子部品とヒートシンクの表面は、ほとんど完璧に平坦ではありません。サーマルパッドは通常、2つの表面間のギャップを埋めるために使用されます。
パッドが薄すぎると、表面の凹凸を適切に補償できない場合があります。
厚すぎると、材料の厚さが増加し、熱抵抗が増加する可能性があります。
したがって、適切な厚さの選択は、次の間のバランスです。
GPUの熱管理やAIサーバーの冷却などのアプリケーションでは、利用可能な熱インターフェースギャップが非常に限られている場合があるため、正確な厚さの選択が特に重要になることがあります。
優れたサーマルパッドは、熱源とヒートシンクの表面に密着できる必要があります。
ここで圧縮性が重要になります。
柔らかく密着性の高いサーマルパッドは、微細な表面の凹凸を埋め、空気のギャップを減らすことができます。空気は熱伝導率が非常に低いため、空気のギャップを最小限に抑えることで熱伝達を大幅に改善できます。
しかし、過度の柔らかさが常に望ましいとは限りません。
材料は、組み立て中および長期運用中に十分な機械的安定性を提供する必要があります。
したがって、エンジニアは次のことを考慮する必要があります。
圧縮性 + 接触圧力 + 表面密着性
単に熱伝導率が最も高い材料を選択するのではなく。
多くの電子アプリケーションでは、熱伝導性と電気絶縁性の両方を提供する熱インターフェース材料が必要です。
例えば、サーマルパッドは次のようなものの周囲に使用されることがあります。
これらのアプリケーションでは、必要な電気絶縁要件を満たさない場合、優れた熱伝導率を持つ材料は適さない場合があります。
設計によっては、エンジニアは次のような特性を評価する必要がある場合があります。
したがって、理想的なサーマルパッドは、電気的および熱的要件を同時に満たす必要があります。
電子機器は、連続的な熱サイクル下で数千時間動作する可能性があります。
運用中、部品は温度変化に伴って繰り返し膨張・収縮する可能性があります。
サーマルパッドは、このプロセス全体を通じて十分な接触を維持する必要があります。
重要な特性には次のものがあります。
初期テストで良好な性能を発揮したサーマルパッドでも、機械的特性が適切でない場合、長期的な熱サイクル後に同じ性能を維持できない場合があります。
これは、長期的な信頼性が重要な考慮事項である車載電子機器、EVバッテリーシステム、産業用電源エレクトロニクスで特に重要です。
熱性能は、実際の動作温度範囲全体で評価する必要があります。
民生用電子機器で使用されるサーマルパッドは、自動車または産業用アプリケーションで使用されるものとは要件が大きく異なる場合があります。
エンジニアは次のことを考慮する必要があります。
最低動作温度 → 通常動作温度 → 最高動作温度
材料は、必要な温度範囲全体で機械的および熱的特性を維持する必要があります。
要求の厳しいアプリケーションでは、熱サイクルおよび加速劣化条件下でのテストにより、長期的な信頼性に関する追加情報が得られます。
大量生産では、サーマルパッドが長方形のシートとして使用されることはめったにありません。
カスタム形状に加工する必要がある場合があります。
したがって、打ち抜き加工能力と寸法安定性も材料選択に影響を与える可能性があります。
熱伝導率は優れていても加工性が悪いサーマルパッドは、生産の複雑さや製造コストを増加させる可能性があります。
OEMおよびODMアプリケーションでは、カスタマイズされたサーマルパッドは、組み立ての簡素化と一貫性の向上に役立ちます。
すべてのアプリケーションに理想的な単一のサーマルパッドはありません。
デバイスによって優先される特性が異なる場合があります。
| アプリケーション | 重要なサーマルパッドの考慮事項 |
|---|---|
| AIサーバー | 熱伝導率、低熱抵抗、圧縮性、信頼性 |
| GPU / CPU | ギャップ厚さ、密着性、熱抵抗 |
| パワーエレクトロニクス | 熱伝導率、電気絶縁性、信頼性 |
| EVバッテリー | 熱性能、絶縁性、圧縮性、耐熱性 |
| 車載電子機器 | 信頼性、熱サイクル、電気絶縁性 |
| 産業用電子機器 | 温度範囲、機械的安定性、長期信頼性 |
これが、サーマルパッドの選定が熱伝導率だけで始まるのではなく、実際のアプリケーション要件から始まるべき理由です。
サーマルパッドを選定する前に、エンジニアは少なくとも以下のパラメータを考慮する必要があります。
1. 熱伝導率
どのレベルの熱伝達が必要ですか？
2. 熱抵抗
必要な厚さと圧力での実際の熱性能は？
3. ギャップ厚さ
熱源とヒートシンク間の実際のギャップは？
4. 圧縮性
組み立て中にどのくらいの圧縮が可能ですか？
5. 電気絶縁性
アプリケーションで誘電体絶縁が必要ですか？
6. 動作温度
最低および最高の動作温度は？
7. 機械的信頼性
材料は長期的な圧縮と熱サイクル中に性能を維持できますか？
8. 製造要件
材料に打ち抜き加工、接着剤の裏打ち、またはカスタマイズされた寸法が必要ですか？
要求の厳しいアプリケーション向けに、ZIITEKは電子機器の熱管理用に設計されたさまざまな熱インターフェース材料（TIM）を提供しています。
ZIITEKサーマルパッドは、熱伝導率、厚さ、寸法、圧縮性、電気絶縁性、動作温度などのアプリケーション要件に合わせてカスタマイズできます。
AIサーバー、GPU、CPU、パワーエレクトロニクス、車載電子機器、EVバッテリーシステム、産業機器などのアプリケーションで使用できます。
エンジニアは、サーマルパッドをW/m・Kの値だけで選定するのではなく、熱抵抗、厚さ、接触条件、機械的特性、長期信頼性を含む、完全な熱インターフェースシステムを評価する必要があります。
アプリケーション、ギャップ厚さ、寸法、動作温度、熱要件をZIITEKチームと共有してください。
コンタクトパーソン: Ms. Dana Dai
電話番号: +86 18153789196
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