熱伝導シートの選び方
熱伝導シートの選定では、隙間、厚さ、硬さ、圧縮率、熱抵抗、電気絶縁性、取り扱い方法、使用環境を併せて検討する必要があります。
適切な材料であれば、発熱部品とヒートシンクに十分に密着し、部品への負荷を増やさずに界面熱抵抗を低減できます。
隙間と充填範囲を確認
発熱部品とヒートシンク間の最小・最大の隙間を測定し、部品の高さの差、PCBの反り、組立公差も評価に含めます。
- 最小・最大の隙間
- 部品の高さの差
- 機構の正負公差
- 組立後に想定される圧縮量
公称の隙間だけで厚さを選ぶと、量産時の公差を見落とすおそれがあります。その結果、一部で接触が不足したり、過度の圧縮によって部品への負荷が増えたりします。
適切な厚さを選ぶ
シートは隙間を埋め、圧縮後も全面で接触できる厚さが必要です。同時に、熱の移動距離を不必要に長くしないことも重要です。
- 圧縮前の厚さ
- 実際の隙間寸法
- 圧縮後の厚さ
- 機構公差の範囲
厚いシートほど安心とは限りません。厚すぎると熱抵抗、組立時の圧力、横方向への変形が増える可能性があります。
硬さと圧縮率を評価
シートの硬さは、密着性、圧縮特性、取り扱いやすさ、PCBや部品にかかる機械的応力に影響します。
- PCBと部品の許容圧力
- 必要な圧縮率
- 接触面の凹凸
- 締結圧力とその均一性
柔らかいシートは公差を吸収し、組立時の応力を抑えやすくなります。ただし、柔らかすぎると取り出し、位置決め、自動実装が難しくなるため、工程条件に合わせて選定してください。
熱伝導率と熱抵抗を比較
熱伝導率は材料自体が熱を伝える能力を示します。実際の放熱性能は、厚さ、圧縮率、接触面積、表面への密着状態にも左右されます。
- 熱伝導率
- 実使用時の厚さ
- 圧縮後の接触状態
- 圧力別の熱抵抗
熱伝導率が高ければ実機での放熱性能も必ず高いとは限りません。硬すぎる、厚すぎる、または十分に密着しない材料は、熱伝導率が低くても接触のよい材料より性能が劣る場合があります。
電気絶縁要件を確認
電子部品と金属製ヒートシンクの間に熱伝導シートを取り付ける場合は、機器の動作電圧と安全要件に照らして電気絶縁性を確認してください。
- 絶縁破壊電圧
- 体積抵抗率
- 表面抵抗率
- 材料の厚さ
外観や触感だけで絶縁性を判断しないでください。電波吸収材、グラファイト材、特殊な複合材については、電気特性を別途確認する必要があります。
形状と作業性を評価
シートの粘着性、補強構造、じん性、剥離フィルムの設計は、裁断、取り出し、貼り付け、後工程での手直しのしやすさに影響します。
- シート材またはカスタム打ち抜き形状
- 片面・両面粘着、または非粘着
- ガラス繊維補強
- 高じん性構造
- 剥離フィルムと引き手の設計
- 手作業または自動実装
粘着性は高いほどよいとは限りません。位置決めには役立ちますが、手直しが難しくなり、取り外し時にシートが破れたり残留物が生じたりする可能性があります。
使用環境と信頼性を評価
実際の温度、湿度、圧力、振動、使用期間の条件下でも、シートは熱伝導性、寸法、圧縮特性の安定性を維持する必要があります。
- 長時間の高温
- 高低温サイクル
- 高温高湿
- 継続的な圧縮
- 振動と衝撃
- 圧縮永久ひずみ
- エージング後の熱抵抗の変化
最高使用温度は初期判断の目安にすぎません。長期エージング、熱サイクル、継続的な圧縮の後も性能が維持されるか確認してください。
特殊な要件を確認
機器によっては、放熱と隙間の充填に加え、ノンシリコン、低アウトガス、電波吸収、軽量化、冷却液との適合性などが求められます。
- 光学部品や精密接点への近さ
- 真空または密閉環境での使用
- 電磁干渉の吸収が必要か
- 重量制限の有無
- 液浸冷却液との接触
- オイルブリードや汚染の低減が必要か
製品名だけで特殊特性を判断しないでください。ノンシリコン製品が必ず低アウトガス要件を満たすとは限らず、低オイルブリードもオイルの滲出がゼロという意味ではありません。試験データで確認してください。
特殊要件の対照表
| 用途 | 推奨特性 |
|---|---|
| 光学レンズ、精密接点、センサー | ノンシリコン、低アウトガス |
| レーダー、5G、ミリ波機器 | 熱伝導・電波吸収 |
| 衛星、ドローン、モバイル機器 | 軽量・低密度 |
| 高電圧機器、パワーモジュール | 電気絶縁 |
| 密閉機器、清潔な外観 | 低オイルブリード |
| 単相液浸冷却機器 | 冷却液との適合性 |
サンプルを実機で検証
仕様書は初期選定に役立ちますが、最終的には実際の機器で、使用する厚さ、締結圧力、使用環境に合わせて検証する必要があります。
- 実際の部品の温度上昇
- ホットスポットの位置
- PCBの反りの程度
- シートの圧縮と位置ずれ
- 熱サイクル後の熱抵抗
- 分解後の材料状態
- オイルブリード、膨潤、汚染
- 長時間稼働時の安定性
サンプル試験は、シート寸法、打ち抜き方法、締結圧力、環境条件などを量産条件にできるだけ近づけてください。実験室での結果と量産現場での結果が食い違うリスクを減らせます。
簡易選定表
| 主な要件 | 推奨シリーズ |
|---|---|
| 高出力、熱抵抗の低減 | 高放熱シート |
| 一般的な隙間充填、豊富な仕様 | 汎用熱伝導シート |
| 微小な隙間、薄型設計 | 超薄型熱伝導シート |
| PCBと部品への負荷低減 | 超ソフト熱伝導シート |
| 複雑な打ち抜き、自動搬送 | 高じん性熱伝導シート |
| オイルブリードと外観汚染の低減 | 低オイルブリード熱伝導シート |
| 大型、打ち抜き、寸法安定性 | ガラス繊維補強熱伝導シート |
| 冷却液中での長時間稼働 | 単相液浸冷却対応熱伝導シート |
用途に合う熱伝導シートを選ぶ
高出力チップ、パワーモジュール、熱流束の高い機器に適しています。高い熱伝導性と良好な圧縮性によって接触面の隙間を埋め、界面熱抵抗を低減し、部品の熱をヒートシンクへ伝えます。
高熱伝導性
高出力部品の熱を伝えます。
熱抵抗の低減
界面の隙間と接触熱抵抗を減らします。
圧縮密着
接触面の微細な凹凸を埋めます。
絶縁保護
熱を伝えながら電気的に絶縁します。
カスタム加工
厚さ、寸法、異形カットに対応します。
AIサーバー
高性能プロセッサー
電源装置
パワーモジュール
5G基地局
高速ストレージ機器
熱伝導率、硬さ、厚さの幅広い仕様を用意しています。柔軟性、圧縮性、自己粘着性、電気絶縁性を備え、機構公差を吸収できるため、多くの民生用・産業用電子機器に適しています。
豊富な仕様
厚さ、硬さ、熱伝導率から選べます。
公差吸収
部品の高さの差や機構公差に対応します。
自己粘着による位置決め
貼り付けと組立位置の調整に役立ちます。
安定した絶縁性
熱伝導と電気絶縁を両立します。
カスタム打ち抜き
穴あけ、裁断、異形加工に対応します。
民生用電子機器
ディスプレイ・パネル
ネットワーク機器
電源モジュール
ストレージ機器
産業用制御機器
微小な隙間や薄型構造向けの設計です。薄い構造によって熱の移動距離を短縮し、低熱抵抗、圧縮強度、電気絶縁性を兼ね備えます。スペースが限られた高出力電子部品に適しています。
超薄型設計
微小な隙間と薄型機器に対応します。
熱経路の短縮
部品からヒートシンクまでの伝熱距離を縮めます。
熱抵抗の低減
薄型界面での熱伝達を高めます。
圧縮時の安定性
薄型でも良好な耐圧性を備えます。
絶縁保護
部品と金属製放熱構造を絶縁します。
超薄型ノートPC；行動裝置
モバイル機器
光学モジュール
小型通信モジュール
高密度PCB
薄型パワーモジュール
低硬度で復元性の高い材料を採用しています。低い組立圧力でも部品とヒートシンクに密着し、高さの公差を吸収して、PCBの反り、チップへの応力、壊れやすい部品の損傷リスクを抑えます。
超低硬度
低い圧力でも部品表面に密着します。
応力の低減
チップとPCBへの組立時の負荷を抑えます。
高い圧縮性
大きめの隙間や高さの公差を吸収します。
安定した復元性
圧縮後も良好な密着を保ちます。
絶縁保護
柔軟な熱伝導性と電気絶縁性を両立します。
薄型PCB
大面積チップ
損傷しやすい光学部品
ディスプレイパネル
精密センサーモジュール
締結圧力の低い機器
高いじん性と伸縮性により、裁断、取り出し、組立時の耐久性を高めます。細い形状、穴あき形状、異形でも破れや変形が起きにくく、自動化工程や手直しが必要な用途に適しています。
破れにくい
取り出しや組立時の破損リスクを抑えます。
異形でも安定
複雑な輪郭や細い形状の打ち抜きに適します。
取り扱いやすい
自動吸着と正確な貼り付けに役立ちます。
手直しに対応
繰り返し着脱しても破れや変形が起きにくい設計です。
緩衝・衝撃吸収
振動、衝撃、機構公差を吸収します。
自動実装工程
細長い放熱領域
複雑な穴あき構造
大型シート
手直しや修理が必要な機器
high-vibration electronic modules
長時間の圧縮や高温環境でのオイルブリードを抑える設計です。シリコーンオイルの滲出によるほこりの付着、電子部品の汚染、外観への影響を減らしながら、熱伝導性、柔軟性、電気絶縁性を備えます。
オイルブリードを低減
長期圧縮時の油分の滲出を抑えます。
汚染を低減
油膜による電子部品の汚染リスクを抑えます。
清潔な表面
ほこりの付着や表面の汚れを減らします。
長期安定性
圧縮が続く状態でも熱伝導性能を維持します。
絶縁保護
熱伝導性、圧縮性、電気絶縁性を兼ね備えます。
精密電子機器
外観が見える製品
密閉型モジュール
車載電子機器
光学部品周辺のモジュール
長時間連続稼働する機器
ガラス繊維の補強層によって、シートの寸法安定性と取り扱い強度を高めます。取り出し、打ち抜き、組立時の伸びや変形を抑え、大型シート、複雑な形状、自動化工程に適しています。
ガラス繊維補強
構造強度と耐久性を高めます。
手直しに対応
繰り返し着脱しても破れや変形が起きにくい設計です。
打ち抜き加工に対応
大型、穴あき、複雑な形状に適します。
安定した実装
自動搬送と位置決めの精度向上に役立ちます。
熱伝導・絶縁
熱を伝えながら電気的に絶縁します。
大面積ヒートシンク
自動実装
電源装置
産業用コンピューター
複雑な穴あき構造
通信機器
単相液浸冷却環境向けに設計され、冷却液中で長時間使用しても材料の構造と熱伝導性能を維持します。GPU、AIアクセラレーター、ASICなどの高出力部品の熱界面に適しています。
冷却液との適合性
単相液浸冷却環境に対応します。
浸漬時の安定性
長期間浸しても材料構造を維持します。
熱伝導性の維持
浸漬後も伝熱性能を維持します。
高出力用途
GPUや高出力チップに適します。
環境耐性
厳しい条件下での長時間稼働に対応します。
AI GPUサーバー
AIアクセラレーター
ASIC演算モジュール
高性能コンピューティング基盤
単相液浸冷却データセンター
コールドプレート冷却モジュール
熱伝導シートの取り付け手順
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。
注意事項：取り付け時は、シートを引き伸ばしたり、折り曲げたり、表面を汚したりしないでください。製品が推奨する圧縮率に従って均一に締め付けます。圧縮が不足すると接触不良につながり、過度に圧縮すると部品への負荷や材料の変形を招くおそれがあります。
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。
低アウトガス
真空・高清浄度用途に対応
安定した配合によって油分の移行や揮発物の発生を抑え、周辺部品の汚染を減らし、機器の長期稼働における信頼性を高めます。
信頼性
高温・熱サイクル下でも安定
長時間の高温稼働や高低温サイクルに適しています。材料の軟化、劣化、位置ずれ、熱抵抗の上昇を抑え、界面の接触と熱伝導の信頼性を維持します。
液浸冷却対応
冷却液中でも構造と熱伝導性を維持
液浸環境への適合性を考慮した設計で、単相液浸冷却液中でも長期間にわたり寸法、構造、熱伝導性能を維持します。AIサーバーや高性能コンピューティング基盤に適しています。
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。
電波吸収
熱と電磁干渉に同時に対応
シート状の材料に熱伝導性と電磁波吸収性能を組み合わせ、さまざまな周波数帯の信号干渉やホットスポットの低減に役立ちます。ミリ波、テラヘルツ、レーダー、通信機器に適しています。
軽量化
軽量化しながら必要な熱伝導性を確保
低密度材料によって熱管理構造の重量を減らし、放熱性能と重量制限のバランスを図ります。衛星、ドローン、携帯型電子機器に適しています。
熱伝導シート選定のよくあるご質問
熱伝導シートと液状ギャップフィラーの違いは何ですか？
熱伝導シートは成形済みのシート材で、厚さと形状を管理しやすく、直接貼り付けたり交換したりできるため、清潔で迅速な組立に適しています。液状ギャップフィラーは複雑な曲面や大きな公差に対応でき、自動塗布にも適していますが、塗布量、硬化、その他の工程条件の管理が必要です。
熱伝導率が高いほど放熱性能もよくなりますか？
必ずしもそうではありません。実際の放熱性能は、シートの厚さ、圧縮率、接触面積、表面の平坦さ、界面熱抵抗にも左右されます。熱伝導率が高くても、厚すぎる、硬すぎる、または十分に密着しない材料は、接触状態のよい低グレード品より性能が劣る場合があります。
シートの厚さはどう選べばよいですか？
まず最小・最大の隙間を測り、機構公差を加味します。圧縮後も全面で接触できる厚さを選んでください。薄すぎると隙間が残り、厚すぎると熱抵抗や組立圧力が増える可能性があります。
シートは柔らかいほどよいですか？
そうとは限りません。超ソフト材料は組立時の応力を抑え、公差を吸収できますが、取り扱いが難しくなったり、位置ずれのリスクが高まったり、自動組立に影響したりする場合があります。部品の許容圧力、シート面積、組立方法に応じて硬さを選んでください。
ガラス繊維補強シートはどのような場合に選びますか？
シートが大きい、形状が複雑、細長く裁断する、自動搬送する、繰り返し手直しを行う場合に適しています。補強層が寸法安定性を高め、組立時の伸び、破れ、変形を抑えます。