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パイオニア・サーマルエンジニアリングチームによる
なぜカスタムヒートシンク?
カタログのヒートシンクは良い出発点です。しかし、実際の商品がカタログのサイズに合致することはほとんどありません。筐体が狭くなったり、空気の流れが弱くなったり、高さの異なる3つのチップが1つのクーラーを共有したりします。
そうなると、標準部品はファンを大きくするか、基板のスペースを失うか、接合温度を高くするかというトレードオフを強いられます。カスタムヒートシンクは、クーラーを製品に取り付けることでトレードオフを解消します。
私たちの経験では、カスタムデザインが最も合理的には以下の条件を満たす場合です:
• 高出力密度やスプレッダーやヒートパイプが必要なホットスポット
• 密閉されたハウジング、LED器具、通信ユニットなどの固定封筒
• 低方向または一方向の気流、または自然対流のみ
・標準部品が欠ける重量、コスト、騒音目標
熱設計:まずは数字から始めましょう
すべてのプロジェクトは一つの方程式から始まります。許容できる温度上昇を除去しなければならない熱で割ると、熱抵抗予算が決まります。
経験則:Rθ = (Tmax − Tambient) ÷ パワー。まずダイ、界面材料、スプレッダーの抵抗を差し引いてください。残るのはヒートシンクが供給しなければならないものだ。
境界条件を定義する
フィンを一枚描く前に、出力、最大部品温度、最悪の周囲温度、気流(またはその欠如)、そして利用可能なスペースを特定します。境界条件の欠如は、紙上では通過し現場で故障する最も一般的な理由です。
フィンジオメトリの最適化
フィンの高さ、厚さ、間隔が互いに引っ張り合います。密度の高いフィンは表面積を増やしますが、気流を遮断します。自然対流下では、間隔を広げる方が通常勝ちます。強い強制空気の下では、よりきついフィンが効果的です。CFDシミュレーションを使って候補者を比較し、テストベンチで勝者を確定させます。
インターフェースも忘れないでください
良いフィンスタックが、間違った散熱ペーストを使って平らで劣るベースに置くと、性能が劣ります。私たちは、熱インターフェース材料とともに基底の厚さ、平坦さ、取り付け圧力を設計します。
材料の選択アルミニウムはほとんどの用途をカバーしています。熱流束が極端な場合、銅が解決策です。多くの高性能設計は両者を組み合わせています。
| 素材 | 熱伝導率(おおよそ) | ベスト | トレードオフ |
| アルミニウム 6063 | ~200 W/m·K | 押し出しプロファイル、一般電子機器、LED | 銅よりも導電率が低い |
| アルミニウム 6061 | ~167 W/m·K | 強度が必要なCNC加工部品 | 6063よりやや低い導電率 |
| 銅 C1100 | ~390 W/m·K | 高熱流束、コンパクトな設計 | アルミニウムの約3倍の重さで、コストも高くなります |
| 銅製ベース+アルミフィン | ハイブリッド | 基部のホットスポット、ライトフィンスタック | 追加のボンディングステップ |
製造工程の選択
最良の熱設計は、目標コストと生産量で作れなければ無意味です。過程は幾何学とともに選び、後から選ぶのではありません。
| プロセス | 強み | 注意してください |
| 押出 | 低工具と単価、中〜高生産に適しています | フィンの高さと隙間比に制限;二次加工はしばしば必要です |
| CNC加工 | 厳密な公差、複雑な機能、高速な試作機 | 大規模化時の単価増加 |
| スキビング | 非常に薄く、密度の高い単一の金属ブロックから作られるフィン | フィンの高さと素材の制限 |
| ボンデッド/ろう付けフィン | 高いフィンスタック、混合素材 | 継手の品質は管理されなければなりません |
| ヒートパイプ/蒸気チャンバー | 熱をホットスポットから遠隔のフィンへ移動させる | 方向性と追加コスト |
| ダイキャスト | 高体積における複雑な形状 | 低導電率合金、金型投資 |
精密製造が重要な場所
熱性能は見落としがちな細かい部分によって決まります。
・ベースフラット性と表面仕上げ。界面の空気隙間が抵抗を増します。平らで清潔な接触面は、熱界面材料が薄く均一な層でその役割を果たすのを助けます。
・穴とポケットの位置。取り付け穴や部品ポケットはPCBやモジュールと一致しなければなりません。厳密な位置公差は不均一なクランプ圧力を防ぎます。
・バリのない安定したフィン。バリや曲がったフィンは気流を変え、組み立て時に部品を損傷させる可能性があります。
・表面処理。陽極酸化は耐食性と放射性を向上させ、自然対流を助けます。ニッケルメッキは銅を保護します。
これらは施工中の検査、第一品検査、すべての図面に記載された公差を通じて管理しています。
テストと検証
シミュレーションは選択肢を絞ります。テストがその疑問を解決します。典型的な検証手順には、代表的な荷重に対する熱電対測定、CFD予測との比較、最悪の環境温度での組み立てユニットのチェックが含まれます。結果が分かれた場合はモデルを更新し、次の設計がそれにより適したものになります。
見積もりを送るには何を送るべきか
完成した図面は必要ありません。これらの詳細により、エンジニアは初日から始めることができます:
• 各部品の消費電力(ワット数)
• 最大許容部品温度および周囲温度
・気流:ファンモデル、方向、速度、または自然対流
• 利用可能なエンベロープおよび任意の3Dモデルまたはスケッチ
• 取り付け方法および界面材料
・年間取引量および目標価格(不明な場合)
よくある質問
▶いつ必要になるのかカスタムヒートシンク標準的なものの代わりに?
▶ヒートシンクにはアルミニウムと銅のどちらが良いですか?
▶量産だけでなく、プロトタイプもサポートできますか?
▶カスタムヒートシンクのコストを下げるにはどうすればいいですか?
熱技術者に相談してください
ご要望をお送りいただければ、設計、材料、工程を提案し、トレードオフを明確に示します。
+86-152 2030 1231
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