ヒートシンクは単なる熱損失の貯蔵庫ではありません
最新のパワーエレクトロニクスデバイスのほとんどは、正しく機能するために、制御された温度環境を必要とします。デバイスが過熱すると、パフォーマンスに影響を与える可能性があり、最悪の場合、デバイスが故障して安全上の問題になる可能性があります。ヒートシンクは、熱がデバイスから周囲に効率的に伝達される経路を提供します。これは、熱が少なくとも発生源によって生成されるのと同じ速さで熱を放散する必要があることを意味します。ヒートシンクは、デバイスの損失の最終目的地ではありません。

ヒートシンクの選び方

特定のヒートシンクを通る熱流または放散は、主に熱抵抗、熱伝導率、冷却方法、および有効表面積によって決まります。ただし、パフォーマンスだけでなく、コスト、質量、サイズ、複雑さの観点からもシステムを最適化する必要があります。たとえば、銅はアルミニウムの約 2 倍の熱伝導率を持っていますが、密度がはるかに高く、コストが高くなります。アルミニウムは複雑な形状に押し出すこともできますが、これは機械加工や機械的組み立てによって銅でのみ実現できます。最高のヒートシンクソリューションは、熱管理要件と実用的でコスト効率の高い機械設計を組み合わせたものです。

克服すべき障害
パワーエレクトロニクスデバイスからの熱損失は、材料間のさまざまな界面を橋渡しする必要があります。たとえば、パワー半導体からの熱は、ダイからコンポーネントのケーシングに移動し、次にケーシングからヒートシンクの表面に移動する必要があります。最後に、ヒートシンクが周囲に熱を伝導します。各転送には独自の熱抵抗があり、それを組み合わせるとシステム全体の熱抵抗が決まります。システムの熱抵抗を最小限に抑える(または熱流を最大化する)ことが重要であり、表面の機械加工と仕上げを最適化し、界面材料を正しく選択することで最良の結果が得られます。

ヒートシンク冷却オプション
自然対流、強制空気対流、液体冷却など、実際には熱をどれだけの量でどれだけ速く放散するかによって決まります。低レベルの放散の場合、ヒートシンクは自然空気対流に依存する比較的単純なアルミニウム押し出し材である可能性があります。ファンを追加すると、システムからの熱流量が向上します。これ以外にも、いくつかの高度なテクノロジーがあります。

溶接および制御雰囲気ろう付けは、効率よく機能するために強制空気または液体冷却に絶対的に依存し、有効表面積がはるかに高い複雑なアセンブリを製造するためのものです。

液冷プレートは、単純な押し出しや穴あけプレートから、クーラントを特定の領域に運ぶための銅管がはめ込まれたより複雑なアセンブリまで、あらゆるものになります。

最高のヒートシンクとは?
熱伝導率の高いアルミニウム合金が出発点です。適切なタイプのヒートシンクを選択することが重要です。

周囲動作温度、デバイスの熱放散特性、および主要コンポーネントの最大動作限界(ジャンクション温度など)がわかれば、システム全体の散逸を計算できます。最適なソリューションは、利用可能なスペース、場所、アクセシビリティ、およびコスト目標によって定義されます。

より複雑なアプリケーションの場合、ヒートシンクを通る熱流をモデル化するシミュレーションは、代替技術または競合技術の最良のものを決定する上で貴重なツールとなる可能性があります。

熱を放散する表面と熱源と接触する表面の両方の表面の仕上げは、熱抵抗を最小限に抑えるための重要な要素です。

一部のアプリケーションでは、高効率の強制空気複合フィンソリューションが要件を満たす唯一の実用的な方法であるようなものです。これらには、高出力と高損失を必要とする特定のトラクションおよび電気自動車の設計が含まれます。