放熱グリス

放熱グリス：電子機器の冷却を支える技術

電子機器が高度化するにつれ、発熱問題への対策はますます重要になっています。放熱グリスは、CPUやパワートランジスタなどの発熱部品とヒートシンクの間の熱抵抗を低減し、効率的な冷却を促進する重要な役割を担っています。本稿では、放熱グリスの仕組み、種類、使用方法、主要メーカーなどを解説します。

放熱グリスの仕組み

理想的には、部品とヒートシンクが完全に密着すれば、熱は効率的に伝わるはずです。しかし実際には、表面の凹凸や微細な空気層によって熱伝導が阻害されます。空気は熱の伝導率が低いため、この空気層が熱抵抗となり、冷却効率を著しく低下させる原因となります。

放熱グリスは、この空気層を埋めることで熱抵抗を低減します。高粘度の液体状のグリスが、部品とヒートシンクの隙間を埋め、熱の伝達経路を確保します。さらに、熱伝導率の高い金属粒子（銅、銀、アルミニウムなど）や金属酸化物粒子（アルミナ、酸化マグネシウムなど）を添加することで、熱伝導率を向上させた熱伝導グリスも広く利用されています。

放熱グリスの組成

放熱グリスのベースとなるのは、変性シリコーンなどのグリスです。これは、広い温度範囲で粘度変化が少ないという特性を持っています。このベースグリスに、熱伝導率の高い金属や金属酸化物の微粒子を混ぜ込むことで、熱伝導性を高めています。

粒子の種類や配合比率は、グリスの特性を決定する重要な要素です。粒子の形状や大きさ、分散方法も、熱伝導率に影響を与えます。また、長期使用による硬化や、接合する材料の線膨張係数の違いによる亀裂発生といった課題にも対処する必要があります。

放熱グリスの使用方法

放熱グリスの効果を最大限に発揮するためには、正しい塗布方法が不可欠です。いくら熱伝導率の高いグリスを選定しても、塗布方法が適切でなければ効果は期待できません。

一般的な手順は以下の通りです。

1. 表面の洗浄: 部品とヒートシンクの表面を、異物や酸化膜を取り除くなど、十分に清掃します。特に、シリコン表面の研磨には、ナノレベルのダイヤモンドや炭化ケイ素粒子を含むペーストを使用することがあります。この作業は、窒素環境下で行うことが推奨されます。
2. グリスの塗布: 部品とヒートシンクの接合面に、グリスを均一に塗布します。放射状やX字状に塗布する方法が一般的です。塗布量や手法は、使用するグリスの種類や部品の形状によって異なります。インテル社では、CPUへのグリス塗布は中央部に少量を置き、ヒートシンクを取り付ける圧力で広げることを推奨しています。精密な塗布には、ディスペンサーやロボットディスペンサーが使用されます。
3. 部品とヒートシンクの接合: 塗布したグリスを介して、部品とヒートシンクをしっかりと接合します。通常は圧力によって接合しますが、特に高温環境下ではリフローなどの方法を用いることで、より確実な密着性を確保します。

主要メーカー

放熱グリスは、さまざまなメーカーから提供されています。代表的なメーカーとして、信越化学工業、ダウコーニング、タイカなどが挙げられます。各メーカーは、用途や特性の異なる様々な種類のグリスを開発・製造しています。

まとめ

放熱グリスは、電子機器の冷却において重要な役割を果たす材料です。その性能は、グリス自体の熱伝導率だけでなく、塗布方法にも大きく依存します。適切なグリスを選択し、正しい使用方法を理解することで、機器の信頼性向上と長寿命化に貢献できます。

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