ヒートシンク：ヒートシンクの詳細情報

現代の機械と技術で最も人気のある熱管理の形式は、ヒートシンクを使用することです。ヒートシンクは、手頃な価格でありながら非常に効果的な電子機器であることが証明されています。ただし、その優れた機能にもかかわらず、ほとんどのエンジニアは、電力損失を防ぐためにこのコンポーネントの使用を見落としがちです。

この記事では、ヒートシンクのしくみについて説明し、2種類のヒートシンクを紹介します。

ヒートシンクとは何ですか？

ヒートシンクは、熱容量が増加したために回路基板上のコンポーネントが揚げるのを防ぐ電子コンポーネントです。熱伝導性に優れた素材のコールドプレートでできています。

一般に、そのコンポーネントは増加し、作業領域を広げることによって熱流を高温のデバイスから遠ざけます。その後、広い領域を移動する流体を膨張させ、熱放散率を高めます。

（コンピューターのヒートシンク）

ヒートシンクはどのように機能しますか？

両面ヒートシンクは、ヒートシンクコンパウンドの重要なコンポーネントから熱を追い出すことによって動作します。特に、ヒートシンクの構成に応じて、その操作には4つの基本的なステップがあります。

• 熱源が熱を発生するとき

この場合の発生源は、熱を発生させる電子システムです。したがって、この熱はシステムを効率的に機能させる必要があります。したがって、熱伝達効率のためにヒートスプレッダとヒートペーストを使用してください。ヒートスプレッダは、熱を集中領域からヒートシンクに移動します。

（パッシブヒートシンク交換器。）

• 熱源からさらに熱を伝達する必要がある場合

主に、このプロセスを実行するには、ヒートパイプを使用します。ただし、熱を発生する電気部品と直接接触する場合は、ヒートシンクまたはヒートスプレッダを接続してください。

これらの電気部品によって生成された熱は、最終的にサーマルコンパウンド内またはその周囲に伝わります。その後、ヒートシンクは自然伝導によって熱を熱源から遠ざけます。

ただし、自然伝導プロセスは、ヒートシンクの材料が良好な熱伝導性である場合にのみ効率的です。したがって、ヒートシンクの性能を向上させるために、アルミニウムと銅が広く使用されています。

（ヒートシンクにヒートペーストを塗布する）

熱が全体に広がると、ヒートシンクが沈みます

自然伝導により、発生した熱は自然に温度勾配を横切って移動します。したがって、この熱は高温から低温の領域を離れます。

• 熱がヒートシンクから離れるとき

特に、このステップは現在の流体とヒートシンクの温度勾配に依存します。たとえば、流体が表面を通過するとき、対流と熱拡散を利用します。その結果、これら2つのプロセスは、熱を周囲環境に追いやるのに役立ちます。次に、温度勾配は、表面から熱を遠ざけるのに役立ちます。

常に、周囲の気温はヒートシンクよりも低い必要があります。そうでない場合、対流または温度勾配は発生しません。このステップでは、表面積を利用します。その結果、表面積が広くなると、対流と熱拡散が発生します。

（アルミニウムヒートシンクを備えたオーバープリントPCBのクローズアップ）

ヒートシンクの種類

• パッシブヒートシンク

これらのデバイスは、自然対流に大きく依存しています。ただし、自然対流は、システム内にアクティブな気流がある場合にのみ発生します。ヒートシンクは、熱気を追い払うための制御システムや外部電源システムを必要としません。

通常、システムデバイスには常に空気の流れがあるとは限りません。そのため、このヒートシンクはアクティブヒートシンクよりも熱性能が低くなります。特に、デバイスに過度の熱があり、それを追い払う必要があるが、空気の流れがない場合はそうです。

• アクティブヒートシンク

このヒートシンクは、外部冷却条件を使用して、電子システムの高温表面を横切る流体の流れを増加させます。たとえば、ファンが回転すると、発泡金属ヒートシンクを介して空気が送られます。したがって、加熱されていない空気を強制的に表面を横切って移動させます。したがって、温度勾配が大きくなり、より多くの熱がシステムから排出されるため、効率的な冷却が実現します。

（アルミニウム製のコンピューターヒートシンク）

最も効率的なヒートシンクは何ですか？

アルミニウムまたはアルミニウム基板で作られた平面フィンヒートシンクが最も一般的に使用されています。アルミニウムには、銅板や銀のヒートシンクと比較して最良の選択となる機能があります。これらの機能は次のとおりです。容易な展性、手頃な価格、耐食性と電気抵抗性、優れた熱伝導性と電気伝導性、そして軽量化。

（アルミニウムCPUヒートシンク。）

アルミニウム基板の簡単な紹介。

アルミニウム基板は単にアルミニウム合金です。コーティングのないアルミニウムは優れた耐食性を示しますが、選択した熱環境では層によって保護が強化される場合があります。さらに、アルミニウムを銀などの高度な材料でコーティングすると、熱伝導率と美観が向上します。したがって、熱容量の大きい電子システムには不可欠です。

（アルミニウムと銅の両方のヒートシンクを示す写真。）

アルミニウムヒートシンクの使用方法

• アルミロボットシャーシ

ロボットシャーシは、ロボットが必要とするすべての電気部品を保持します。したがって、これらすべてのコンポーネントは可能な限り軽量である必要があります。特に、ロボットに電力を供給し、電気設計の詳細のコンポーネント間で熱を発生させるバッテリー。したがって、熱を軽減するには、ヒートシンクが必要です。

• ラズベリーパイ

Raspberry Piは、通常の状態では、すべてを安全な動作温度に保つソフトウェアスロットルにより、正常に動作します。もちろん、これにはヒートシンクの性能は関係ありません。ただし、オーバークロックしたり、カスタムソフトウェアを組み込んだりする場合は、電気回路に高品質のヒートシンクが必要です。

通常、オーバークロックは熱放散によってデバイスのパフォーマンスを低下させます。したがって、過度の熱を発生する電子部品の上または近くにヒートシンクを配置すると、スロットルを減らすのに役立ちます。

（銅製ヒートシンクのクローズアップ）

概要

ヒートシンクは、使いやすく信頼性の高い電子部品となる優れた特性を備えています。この記事で、ヒートシンクについて知っておく必要のあるすべてのことについて説明したことを願っています。

さらに、詳細を知りたい場合は、お問い合わせください。