サーマルシリコンパッドは、熱管理の分野で重要なコンポーネントであり、さまざまな電子デバイスの効率的な動作を確保する上で重要な役割を果たします。熱シリコンパッドのサプライヤーとして、私はこれらのパッドの熱伝導率についてよく尋ねられます。このブログ投稿では、熱伝導率の概念、熱シリコンパッドにとってその重要性、および電子システムのパフォーマンスにどのように影響するかを掘り下げます。
熱伝導率の理解
シンボルλ（lambda）で示される熱伝導率は、熱を実行する能力を説明する材料の基本的な特性です。これは、単位温度勾配（ΔT/ΔX）の下で単位時間（t）あたりの材料の単位面積（a）を介して伝達される熱（q）として定義されます。数学的には、フーリエの熱伝導法則を使用して表現できます。
[q = - \ lambda a \ frac {\ delta t} {\ delta x}]
ここで、qは熱伝達速度であり、Aは交差断面領域であり、そこから熱が伝達され、ΔTは材料全体の温度差、Δxは材料の厚さです。負の兆候は、熱が高温の領域から低温の領域に流れることを示しています。
熱伝導率のSI単位は、1メートルあたりのワット-Kelvin（w/（m・K））です。熱伝導率が高いということは、材料が熱をより効率的に伝達できることを意味しますが、値が低いと熱が不十分であることが示されます。
熱シリコンパッドの熱伝導率
熱シリコンパッドは、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化亜鉛などの熱伝導性粒子で満たされたシリコンマトリックスで作られています。フィラー材料の選択とその濃度は、パッドの熱伝導率に大きく影響します。
熱導電率は、通常、0.5 w/（m・k）から10 w/（m・k）を超える範囲です。熱伝導率が低いパッドは、多くの場合、より柔軟で順応性があるため、タイトなフィットが必要なアプリケーションに適しています。一方、熱伝導率が高いパッドは、熱の伝達により優れており、高電力アプリケーションで好まれます。
たとえば、ラップトップのような基本的な家電デバイスでは、約1〜3 w/（m・k）の熱伝導率を持つ熱シリコンパッドが、CPUによって発生した熱をヒートシンクに伝達するのに十分な場合があります。ただし、熱の発生がはるかに高い高エンドゲームラップトップまたはサーバーでは、5 W/（M. K）以上の熱伝導率を持つ熱伝導率を持つ熱伝導率が必要になる場合があります。
熱シリコンパッドの熱伝導率に影響する要因
フィラー材料
前述のように、シリコンマトリックスで使用されるフィラー材料のタイプは、熱伝導率に大きな影響を与えます。異なるフィラー材料は、内因性熱伝導率が異なります。たとえば、窒化ホウ素は非常に高い熱伝導率（結晶構造に応じて約30〜100 w/（m・K））を持っているため、窒化ホウ素で満たされた熱シリコンパッドは、比較的高い全体的な熱伝導性を達成できます。酸化アルミニウムは、コストが低いためより一般的に使用されており、熱伝導率は約25〜35 w/（m・k）です。
フィラー濃度
フィラー材料の濃度も重要な役割を果たします。一般的に、フィラー濃度を上げると、熱伝導率が向上します。ただし、フィラーを追加できる量には制限があります。特定の濃度を超えて、パッドは脆くなりすぎて柔軟性を失う可能性があり、熱源とヒートシンクの表面に適合する能力に影響を与える可能性があります。
パッドの厚さ
熱シリコンパッドの厚さは、その効果的な熱伝導率に影響を与える可能性があります。厚いパッドは、熱が材料を通ってより長い距離を移動する必要があるため、より高い熱抵抗がある場合があります。ただし、場合によっては、熱源とヒートシンクの間の大きな隙間を埋めるために、より厚いパッドが必要になる場合があります。
圧縮
熱源とヒートシンクの間に熱シリコンパッドが圧縮されると、その熱伝導率は変化する可能性があります。圧縮により、パッドと表面間の接触抵抗が減少し、全体的な熱伝達が改善されます。ただし、過度の圧縮によりパッドが損傷し、熱性能が低下する可能性があります。
電子アプリケーションにおける熱伝導率の重要性
電子デバイスでは、過熱を防ぐために効率的な熱散逸が不可欠であり、パフォーマンスの低下、寿命の短縮、さらにはデバイスの故障につながる可能性があります。熱シリコンパッドは、熱源（TIM）として機能し、熱源（CPUやGPUなど）とヒートシンク間の顕微鏡空気の隙間を埋めます。
高熱 - 導電率熱シリコンパッドは、熱伝達効率を大幅に改善し、ヒートシンクが熱をより効果的に消散させることができます。これにより、電子コンポーネントの動作温度を安全な範囲内で維持し、安定した信頼性の高いパフォーマンスを確保できます。
たとえば、データセンターでは、サーバーが大量の熱を生成します。熱伝導率の高い熱シリコンパッドを使用すると、熱をヒートシンクにより効率的に伝達し、サーバーから除去できるため、冷却システムのエネルギー消費を減らすことができます。
熱伝導率に基づいた熱シリコンパッドの種類
低 - 熱 - 導電率パッド
これらのパッドは通常、2 w/（m・k）未満の熱伝導率を持っています。それらは、コストが大きな懸念事項である、または熱発生が比較的低いアプリケーションでよく使用されます。低い熱 - 導電率パッドは通常、より柔軟であり、サイズに簡単にカットできます。それらは、スマートフォンやタブレットなどの家電で一般的に使用されています。
中 - 熱 - 導電率パッド
2〜5 w/（m・k）の範囲の熱伝導率のパッドは、幅広い用途に適しています。彼らは、熱の性能と柔軟性のバランスをとることができます。中 - 熱 - 導電率パッドは、ラップトップ、デスクトップコンピューター、およびいくつかの産業用電子機器で一般的に使用されます。
高 - 熱 - 導電率パッド
5 w/（m・k）を超える熱伝導率のパッドは、高電力用途向けに設計されています。多くの場合、高エンドゲームコンピューター、サーバー、およびパワーエレクトロニクスで使用されます。これらのパッドは、大量の熱を効果的に伝達し、電子コンポーネントの信頼できる動作を保証できます。
当社の製品範囲
サーマルシリコンパッドサプライヤーとして、お客様の多様なニーズを満たすために、さまざまな熱伝導率を備えた幅広い製品を提供しています。当社の製品ポートフォリオには以下が含まれます。
- 電動導電性サーマルパッド：これらのパッドは、優れた熱伝導率だけでなく、一部の特定の用途に役立つ電気伝導率も提供します。
- 断熱シリコーンパッドを熱：これらのパッドは、熱断熱材を提供し、過度の熱から敏感な成分を保護するように設計されています。
- サーマルギャップパッド：これらのパッドは、熱源とヒートシンクの間の大きな隙間を埋めるのに適しており、さまざまな熱伝導性オプションが利用可能です。
結論
熱伝導率は、熱導電性が熱的なシリコンパッドの重要な特性であり、熱を効率的に伝達する能力を決定します。熱伝導率に影響を与える要因と電子アプリケーションにおけるその重要性を理解することは、特定の用途に適した熱シリコンパッドを選択するために不可欠です。
プロのサーマルシリコンパッドサプライヤーとして、私たちは優れた熱伝導率を持つ高品質の製品を提供することに取り組んでいます。当社の技術チームは、特定のニーズに最適なサーマルシリコンパッドを選択するのに役立ちます。当社の製品に興味がある場合、または熱管理について質問がある場合は、調達とさらなる議論についてお気軽にお問い合わせください。
参照
- Incropera、FP、Dewitt、DP、Bergman、TL、＆Lavine、AS（2007）。熱と物質移動の基礎。ジョン・ワイリー＆サンズ。
- Zeng、X。、＆Zhang、X。（2018）。サーマルインターフェース材料：歴史的レビュー、ステータス、将来の視点。 Journal of Electronic Materials、47（10）、5369-5385。