Phase Change Material
室温では固体を維持するため貼付けやすく、温度上昇後に軟化して微細な隙間を埋めます。極薄の界面を形成して熱抵抗を低減し、放熱性能と長期信頼性を両立します。
相変化材料の選び方
相変化材料は、相変化温度、動作温度、初期厚さ、圧着後の厚さ、熱抵抗、組立圧力、絶縁要件、供給形態に応じて選定します。界面熱抵抗を効果的に低減するには、機器の動作中に材料が十分に軟化し、接触面を濡らす必要があります。
相変化温度を確認
相変化温度は、材料が固体から軟化し始める温度を決定します。部品起動後の実際の動作温度に合わせて選定してください。
- 部品の起動温度と定常温度
- ヒートシンク表面温度
- 相変化温度
- 低温起動時間
- 初回の熱サイクルを完了できるか
界面温度が長時間にわたって相変化温度を下回ると、材料が十分に軟化せず、接触面を濡らせない場合があります。その結果、実際の熱抵抗が想定より高くなる可能性があります。
材料の初期厚さを選ぶ
初期厚さは、表面の平坦度、組立公差、局所的な高さの差を吸収できる必要があります。同時に、熱伝達距離を増やすほど厚い材料は避けてください。
- チップとヒートシンクの平坦度
- 初期接触隙間
- 機構の組立公差
- 選択可能なシート厚さ
- 取付け後の実際の圧着状態
相変化材料は主に、接触面の微細な粗さやごく小さな隙間を埋めるために使用します。明確な高さの差を厚い熱伝導シートの代わりに埋める用途には適していません。表面の平坦度、機構公差、選択可能な製品厚さに応じて選定してください。
圧着後の厚さと熱抵抗を比較
材料が相変化温度に達し、圧力を受けると、極薄の界面厚さ（BLT）を形成します。一般に、BLTが薄いほど熱伝達経路を短縮できます。
- 最小BLT
- 実際の締結圧力
- 圧着後の接触面積
- 厚さ別の熱抵抗
- 熱サイクル後の界面安定性
シートの初期厚さは、相変化および圧着後のBLTとは異なります。材料選定時は、指定された温度と圧力における各製品の最終BLTと熱抵抗を比較してください。
熱伝導率と実際の熱抵抗を評価
熱伝導率は材料自体の熱伝達能力を示します。実際の放熱性能は、BLT、取付圧力、表面粗さ、濡れ性にも左右されます。
- 熱伝導率
- 指定圧力下の熱抵抗
- 部品の消費電力と熱流束
- 接触面積
- 定常温度とピーク温度
熱伝導率だけを比較しないでください。相変化材料では、薄く完全な接触界面を形成できるかどうかが、仕様書に記載された単一の熱伝導率より重要になる場合があります。
組立圧力を確認
適切な圧力により、軟化した材料が空気を排出して接触面を濡らし、安定したBLTを形成できます。
- ヒートシンクの締結方法
- ねじ位置と圧力の均一性
- チップの許容圧力
- PCBの反りのリスク
- 相変化後の材料変位
圧力が不足すると局所的な接触不良が生じる可能性があり、圧力が高すぎるとチップ、はんだ接合部、PCBへの機械的負荷が増加します。実際の機構を使用して圧力と熱抵抗を検証してください。
材料形態と加工方法を選ぶ
相変化材料は、組立方法に応じてロール材、シート材、カスタム打抜き品から選択でき、手作業による貼付けと自動量産に対応します。
- ロール材またはシート材
- カスタム打抜き寸法
- 穴加工と異形形状
- 離型フィルム設計
- 手作業または自動実装
- 位置決め精度と取扱方法
小型、細長形状、または穴の多い形状では、打抜き公差、離型フィルムの剥離性、自動搬送の安定性を確認し、貼付け時の伸び、破損、位置ずれを防いでください。
電気絶縁要件を確認
電気特性は、特定の材料厚さと試験条件で測定されている場合があります。すべての厚さへそのまま適用せず、実際の動作電圧、使用厚さ、安全規格に基づいて確認してください。
- 動作電圧
- 表面抵抗率
- 体積抵抗率
- 材料の実使用厚さ
- 金属製ヒートシンクと部品の間隔
特定の試験厚さで得られた電気仕様を、すべてのシート厚さへそのまま適用することはできません。PCM900のウェブサイトに記載された電気データは、厚さ1.0 mmの試験条件によるものです。実際の使用厚さと安全規格に基づいて確認してください。
使用環境と信頼性を評価
材料は高低温サイクルや長時間運転後も接触状態と熱伝導性能を維持し、ポンプアウトやドライアウトのリスクを抑える必要があります。
- 長時間動作温度
- 高低温サイクル
- 継続的な締結圧力
- 振動と衝撃
- ポンプアウトのリスク
- ドライアウトのリスク
- エージング後の熱抵抗の変化
「耐ポンプアウト」は、あらゆる圧力、温度、構造で材料が移動しないという意味ではありません。実際の機構を使用し、長時間運転と熱サイクルで検証してください。
材料適合性を確認
光学部品、精密接点、汚染に敏感な機器では、樹脂系、揮発物、周辺材料との適合性を確認する必要があります。
- シリコーンまたはノンシリコン
- 光学部品と接点の汚染リスク
- 真空または密閉環境
- 金属および樹脂との適合性
- 清浄度とアウトガス要件
ノンシリコーン材料が、自動的に低アウトガス要件やASTM E595を満たすわけではありません。真空、光学、航空宇宙用途では、各製品の試験データを確認してください。
サンプルを実機で検証
仕様データは初期選定に使用できますが、最終的には実際の消費電力、圧力、厚さ、熱サイクル条件で検証する必要があります。
- 実際の部品温度上昇
- 初回相変化後の熱抵抗
- 圧着後のBLT
- ホットスポットと温度分布
- 材料位移或溢出
- 分解後の界面状態
- 長時間運転時の安定性
試験には、低温起動、初回昇温時の相変化、その後の熱サイクルを含めてください。加熱後の最良状態だけを試験すると、機器起動直後の放熱性能を見落とす可能性があります。
簡易選定表
| 主な要件 | 選定方針 |
|---|---|
| 動作温度が材料の相変化点へ安定して到達する | 機器条件に適した相変化温度の製品を選択 |
| 接触面が平坦で隙間が非常に小さい | 相変化材料が適する |
| 明確な高低差または大きな隙間がある | 熱伝導シートまたは液状ギャップフィラーを検討 |
| 極薄界面と低熱抵抗が必要 | 相変化後のBLTと指定圧力下の熱抵抗を比較 |
| 部品の許容圧力が低い | 低圧でも十分に濡れる製品を選択 |
| 清潔で迅速な組立てが必要 | シート材またはカスタム打抜き品を選択 |
| 大量の自動実装が必要 | ロール材および自動搬送に適した構造を選択 |
| 光学部品または精密接点の近く | ノンシリコーンおよび低アウトガス試験データを評価 |
| 電気絶縁が必要 | 確認實際厚度下的絕緣規格 |
| 長期間の反復熱サイクル | ポンプアウト、ドライアウト、エージング後の熱抵抗を評価 |
用途に合う相変化材料を選ぶ
室温では固体シートのため、裁断、位置決め、自動実装が容易です。相変化温度に達すると軟化して接触面を濡らし、極薄のBLTで微細な隙間を埋め、界面熱抵抗と長期的なポンプアウトおよびドライアウトのリスクを低減します。
低界面熱抵抗
相変化後に極薄のBLTを形成し、熱伝達経路を短縮します。
微細隙間の充填
軟化後に表面を濡らし、微細な凹凸と空気隙間を埋めます。
工程の簡素化
シリコーンとノンシリコンの配合を用意しています。
長期信頼性
ポンプアウトとドライアウトによる放熱性能への影響を抑えます。
電気絶縁
熱伝達効率と、部品と金属製ヒートシンク間の絶縁を両立します。
AIサーバー
高性能コンピューティング
ネットワーク機器
ゲーム機
電源モジュール
車載電子機器
相変化材料の取付手順
表面を清掃
部品とヒートシンクの表面を清掃します。
下側の剥離フィルムをはがす
最初の剥離フィルムを取り除きます。
位置を合わせて貼る
取り付け位置に合わせてシートを貼ります。
上側の剥離フィルムをはがす
上側の剥離フィルムを取り除きます。
均一に圧着
ヒートシンクを取り付け、均一に圧力をかけます。
特性の紹介
非シリコーン系
シロキサン揮発と接点汚染のリスクを低減
材料のアウトガス、凝縮性物質、水蒸気の再吸収などを評価し、真空または密閉環境にあるレンズ、センサー、精密部品の汚染リスクを低減します。
低界面熱抵抗
極薄BLTで界面の熱伝達経路を短縮
材料は昇温後に軟化して接触面の微細な凹凸を埋め、空気隙間を排除して極薄の界面を形成し、熱源からヒートシンクへの熱伝達効率を高めます。
耐ポンプアウト
熱サイクル後も界面の安定性を維持
安定した相変化基材により、長期間の熱サイクルや圧力変化による材料のポンプアウト、位置ずれ、熱抵抗上昇のリスクを抑えます。
耐ドライアウト
長時間運転による乾燥劣化を低減
温度の上昇と下降を繰り返し、長時間使用した後も、必要な界面の濡れ性と熱伝導性能を維持し、機器の長期的な放熱信頼性を高めます。
電気絶縁
熱伝導と電気絶縁を両立
高い体積抵抗率と絶縁破壊電圧により、部品と金属製ヒートシンクの間を電気的に絶縁します。パワーデバイスや高電圧電子モジュールに適しています。
自動組立
固体シートで量産貼付け工程を簡素化
室温では固体を維持し、塗布装置を必要としません。ロール材、シート材、カスタム打抜き品として供給でき、清潔で迅速な自動量産に適しています。
相変化材料のよくある質問
相変化材料とサーマルグリースの違いは何ですか？
相変化材料は室温では固体シートで、裁断、貼付け、自動組立が可能です。昇温後に軟化して界面を濡らします。サーマルグリースは室温で流動し、隙間充填性に優れますが、塗布装置と塗布量の管理が必要で、ポンプアウト、はみ出し、工程の清浄度にも注意が必要です。
相変化材料と熱伝導シートの違いは何ですか？
相変化材料は平坦面とごく小さな隙間に適し、相変化後に極薄のBLTを形成して界面熱抵抗を低減します。熱伝導シートは、より大きな高低差や機構公差を埋め、緩衝性と圧縮性を提供します。
機器が相変化温度に達しなくても熱を伝えられますか？
材料には熱伝導性がありますが、相変化温度に達しない場合は、十分に軟化して表面を濡らし、微細な隙間を排除できない可能性があります。そのため、実際の界面熱抵抗は相変化完了後より高くなる場合があります。
相変化材料の厚さはどのように選びますか？
接触面の平坦度、表面粗さ、組立公差、必要なBLTに応じて選定します。完全な接触を形成できる厚さが必要ですが、明確な大きな隙間の充填には適していません。製品によって厚さと成形仕様が異なります。
初期厚さとBLTの違いは何ですか？
初期厚さは貼付け前のシート厚さです。BLTは、材料が相変化して圧縮された後に、熱源とヒートシンクの間に形成される最終界面厚さです。熱抵抗の評価では、実際のBLTが重要な基準となります。