ヒートシンクの熱伝導率は何W/m・Kですか？

ヒートシンクのスペックに記載されている熱伝導率の数字に惑わされていませんか？あなただけではありません。多くのバイヤーは、W/m・Kが何を意味するのか、なぜそれが実際の使用において重要なのかを理解していません。

アルミニウムヒートシンクの熱伝導率は、合金や処理によって異なりますが、通常150～235W/m・Kです。

しかし、この数字だけでは全容はわかりません。何が熱性能に本当に影響するのかを分解して理解しよう。

ヒートシンクの熱性能はどのようにテストされますか？

熱性能はデータシートに記載されている数字に過ぎないと思われがちです。しかし実際には、管理された試験条件下で慎重に測定されます。

熱性能は、ベースに熱を加え、それが特定の環境下でフィンを通してどれだけ速く放散するかを測定することでテストされる。

メーカーは、熱抵抗と熱放散を決定するために標準化されたテストを使用します。典型的なプロセスは以下の通りである：

標準テストセットアップ

コンポーネント	説明
熱源	模擬デバイス（電力抵抗器やヒーターなど）
ベースプレートセンサー	ベース温度を測定
周囲センサー	周囲の気温を測定
気流制御	安定した対気速度を確保（例：1m/s）
データロガー	温度測定値を経時的に追跡

検査結果

• 熱抵抗 (°C/W) - 下は上
• 放熱量（W） - どれだけのパワーを扱えるか
• 温度デルタ（ΔT） - ベースとアンビエントの差

ヒートシンクを調達し始めた頃、"熱抵抗＝2.5℃/W "というスペックを誤解していた。私はそれが悪いことだと思った。しかし、ファンなしのパッシブ・アルミ・シンクとしては、そのカテゴリーでは実際に良いものだった。

ヒートシンクの熱伝導率に影響を与える要因は何ですか？

アルミニウム製ヒートシンクはどれも同じ性能だと思いがちです。しかし、それは真実ではありません。いくつかの物理的・設計的要因が、熱の伝わりやすさに影響します。

合金の種類、微細構造、表面仕上げ、不純物や処理などはすべて、ヒートシンクの熱伝導率に影響を与えます。

これを明確なカテゴリーに分けよう：

導電率に影響する材料特性

ファクター	影響力	備考
合金タイプ	メジャー	純アルミニウム (99%) > 6063 > 6061
粒構造	中程度	粒子を細かくすることで流動性が向上
不純物	メジャー	酸化物と残留物が導電性を低下させる
温度	マイナー	導電率は温度が高くなるとわずかに低下する

設計および加工要因

ファクター	効果
押出品質	押し出し不良によるマイクロボイド
表面酸化	接触熱伝達をわずかに減少
加工品質	粗いエッジや熱ギャップは抵抗となる。

異なるアルミニウム合金で作られた2つのヒートシンクを比較したことがある。ひとつは導電率が230W/m・Kで、もうひとつは170しかなかった。低いほうのヒートシンクはリサイクル材や不純物が多く、負荷がかかったときの冷却能力に大きく影響した。

アルミニウム製ヒートシンクの場合、W/m・Kは常に高い方が良いのでしょうか？

バイヤーは、W/m・Kの数値が高ければ高いほど性能が保証されると考え、それを追い求めることが多い。しかし、実際の用途ではそう単純ではない。

W/m・Kが高いということは、熱伝達が速いということだが、適切な設計、エアフロー、接触品質がなければ、より良い冷却を保証するものではない。

2つの仮想ヒートシンクを比較してみよう：

比較表

モデル	熱伝導率 (W/m-K)	熱抵抗 (°C/W)	エアフロー設定
A	230	2.0	強制エアフロー
B	170	1.5	最適化されたフィン間隔

実際のテストでは、モデルBの方が、たとえ導電率が低くても、その設計がエアフローと表面積の接触に役立っているため、良い結果を出した。

W/m・K以外の主な要因

• ベースとフィンの接触品質
• 表面積（フィン密度）
• 気流の方向と量
• 取り付け圧力とサーマルペースト

当社のある顧客は、より導電性の高いヒートシンクにアップグレードしたが、結果は悪化した。新しい部品はフィンの数が少なく、エアフロー・ダクトと合っていなかったのです。W/m-Kを高くしても効果はありませんでした。

表面処理は熱伝導率に影響を与えますか？

アルマイト処理やコーティングが施されたヒートシンクの外観は好きかもしれません。しかし、これらの仕上げは性能に影響するのでしょうか？答えはイエスでもあり、ノーでもあります。

アルマイト処理などの表面処理は、表面の熱伝導率をわずかに低下させるが、放射熱伝達を改善する可能性がある。

仕上げが熱の流れに与える影響

治療	導電率への影響	その他の影響
陽極酸化処理	表面伝導率をわずかに低下させる	耐食性、放射率の向上
パウダーコーティング	表面を断熱する	化粧品や保護目的で使用される
透明な酸化膜	影響は最小限	アルミニウムに自然に形成される

処理済みシンクの性能が向上する理由

アルマイト処理された黒色仕上げは、特にパッシブな環境や気流の少ない環境において、熱放射を改善することができます。これは、導電率のわずかな低下を相殺するのに役立ちます。

アルマイト処理をしていないシンクの方が効率的だと考え、お客様からご要望をいただいたことがあります。しかし、多くの屋外での使用では、非コーティングのアルミの方が腐食による劣化が早く、長期的な性能の低下につながりました。

結論

熱伝導率は有用な数値ですが、重要なのはそれだけではありません。よく設計され、適切に設置された平均的な熱伝導率のヒートシンクは、粗悪な高熱伝導率のヒートシンクよりも優れています。スペックシートだけでなく、システム全体を見てください。