ヒートシンクの材料から伝導、ヒートシンクメーカー

CPUのダイは通常2平方センチメートル未満ですが、消費電力は数十ワットまたは数百ワットに達します。熱が時間内に伝導できない場合、熱がダイに蓄積されると、深刻な結果につながります。
のためにヒートシンク、最も重要なことは、そのベースがCPUから放出される熱を短時間でできるだけ多く吸収できること、つまり、熱を即座に吸収する能力です。熱伝導率の高い金属だけが有能です。金属熱伝導性材料の場合、比熱と熱伝導率は2つの重要なパラメータです。

copper heat sink conduction

熱伝導率は、単位長さあたり、Kあたり、転送できるエネルギーのワット数(W/mK)として定義されます。ここで、「W」は火力発電ユニット、「m」は長さの単位メーター、「K」は絶対温度のユニットを指します。値が大きいほど、熱伝導率が高くなります。以下は、いくつかの一般的な金属の熱伝導率の表です。

熱伝導率(単位:W/mK)
シルバー 429 銅 401
ゴールド317アルミニウム237
鉄 80 リード 34.8
1070アルミニウム合金226、1050アルミニウム合金209
6063アルミニウム合金201、6061アルミニウム合金155

銀と銅が最高の熱伝導性材料であり、金とアルミニウムがそれに続くことがわかります。でも、金や銀は高すぎるので、ヒートシンク主にアルミニウムと銅でできています。ただし、銅密度が高く、プロセスが複雑で、価格が高いため、通常のファンは主に軽量のアルミニウムで作られています。もちろん、空冷式ヒートシンクについては、熱伝導率に加えて、材料を検討する際には熱放散も考慮する必要があります。デバイスの熱容量は、これら2つのパラメータを組み合わせることで、アルミニウムの優位性を反映しています。ただし、この記事では、次のセクションで詳しく説明する熱伝達の側面についてのみ説明します。

ヒートシンクベースの熱伝導率を向上させるためには、熱伝導率の高い材料を選択することがありますが、他方では、CPUとラジエーターベースなどの熱源の組み合わせの気密性の問題を解決する必要もあります。熱伝導の法則によれば、材料が固定されていると仮定すると、伝導能力は接触面積に比例し、接触距離に反比例します。接触面積が大きければ大きいほど、熱の放散が早くなりますが、CPUに対してダイが固定されているため、ボンディング距離がより重要になります。

理論的には、ヒートシンクベースはCPUと密接に接触する可能性がありますが、客観的に言えば、2つの接触面がどれほど滑らかであっても、それらの間にはまだギャップがあります、つまり空気があり、空気の熱伝導率は非常に悪いです。これには、ヒートシンクをCPUにしっかりと固定するための優れた設計と強力なグリップが必要です。さらに、これらのギャップを埋めるためには、サーマルグリースやサーマルテープなど、より熱伝導率と変形性のあるものに空気を交換する必要があります。理想的な状況は、ヒートシンクがCPUにしっかりと固定され、ヒートシンクとCPUの間の接触が完全に平行になって接触面積をできるだけ大きく保ち、それらの間のいくつかの小さな隙間がシリコーングリースで完全に満たされて接触熱抵抗を最小限に抑えることです。

ただし、どのようなサーマルグリースやサーマルテープであっても、その機能は補助的なものでしかなく、その熱抵抗は銅の放熱基材の何倍も大きいことを明確にする必要があります。ヒートシンクベースの熱伝導率を最大化するには、ヒートシンクベースが滑らかで平らであることを確認し、ヒートシンクとCPUの接触面との間のギャップを真に減らすことができるようにする必要があります。

ヒートシンクの材料から伝導へ

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