可能なフィンの最小厚さと間隔は？

ヒートシンクに多くのフィンを詰め込んで冷却を改善しようとしたことがあるだろうか。魅力的なアイデアですが、フィンの薄さや近さには物理的な限界があります。

押し出しアルミニウムの最小フィン厚は通常約0.8mmで、最も近い標準フィン間隔は約1.5mmです。

しかし、フィンのサイズと間隔の限界に挑戦することは、単なる形状の問題ではなく、コスト、製造性、熱性能に影響します。これらの要素がどのように関係しているのか見てみましょう。

フィンの間隔は冷却性能にどのように影響しますか？

フィンの枚数が多ければ表面積が増え、冷却効果が高まるというのは論理的なように思える。そうとは限りません。空気がフィンの間を流れなければ、せっかくの表面積が無駄になってしまう。

フィンの間隔は、ヒートシンク内の空気の動きに直接影響します。狭すぎると空気の流れが制限され、広すぎると表面積が失われます。

その関係を簡単に説明しよう：

フィンの間隔が冷却に与える影響

フィンの間隔	気流の挙動	冷却結果
<1.0 mm	気流の制限	過熱リスク
1.5-3.0 mm	バランスの取れた流れ	自然または強制空気に最適
>4.0 mm	空気が自由に動く	しかし、表面接触は少ない

主な検討事項

• で 自然対流フィンの間隔を大きくすることで、フィン間の空気の上昇を助ける。
• で 強制対流エアフローが強力であれば、間隔を狭くすることもできる。
• フィンがきつくなるとホコリの堆積がひどくなり、長期的な性能低下につながる。

ある顧客のプロジェクトでは、より良い結果を期待してフィン間隔を2.5mmから1.2mmに狭めました。その代わり、空気がこもって効率的に逃げられないため、ユニットはより高温になりました。

特注のフィン構造は可能ですか？

時には、既製のヒートシンクでは提供できないものが必要な場合もあります。湾曲したフィンや千鳥配列、高さが必要な場合もあるでしょう。

はい、ほとんどのメーカーは、標準外の厚さ、形状、配置を含むカスタムフィン構造を製造することができます。

カスタムフィン構造の種類

フィン・タイプ	説明	一般的な使用
ストレート	均一なフィン、標準的な押し出し	エレクトロニクス冷却
ピンフィン	丸型または角型ポスト	多方向エアフロー
フレアフィン	上部が広い	低速ゾーンのエアフローを改善
折りたたみ式フィン	シートから作られ、折り曲げられて接着されている	高密度コンパクト・アプリケーション

カスタマイズ・プロセス

1. CAD図面またはスケッチを提出
2. メーカーレビュー
3. 金型は押し出しまたは機械加工のために準備される。
4. フィットテストおよびエアフローテスト用サンプル

知っておくべきこと

• 特注のフィン構造が必要になる場合がある 型代
• 最低発注量 は一般的です。
• リードタイム 特殊な金型やボンデッドフィンの場合、より長くすることができる。

私たちは、ある航空宇宙産業の顧客が、ピンフィン・レイアウトと可変間隔のヒートシンクを設計するのを手伝いました。セットアップには4週間を要し、カスタムダイのコストもかかりましたが、標準的な押し出し成形よりも18%冷却が改善されました。

極薄アルミフィンにはどのような制限がありますか？

フィンを薄くすることは、材料を節約し、面積あたりのフィンの枚数を増やし、重量を減らすという理想的なことのように思える。しかし、薄すぎることにはマイナス面もある。

超薄型フィンは、製造方法、構造強度、熱効率のトレードオフによって制限される。

薄型アルミフィンの限界

ファクター	制限	インパクト
押出工程	0.8mm以下はきれいに作るのが難しい	フィンがゆがんだり、折れたりすることがある
構造剛性	薄いフィンは曲がりやすく、振動しやすい	ファンの圧力で外れたり、がたついたりすることがある
熱伝導	少ない材料で伝導経路を減らす	フィンが早く熱を持ち、飽和する可能性がある

CNCフィンや接着フィンの設計でも、トレードオフがあります。薄いフィンはすぐに熱くなりますが、壊れやすく、ホコリで詰まりやすいのです。

あるケースでは、顧客がカスタム・プロファイルの0.5mmフィンを要求してきました。私たちは、ボンディング・フィンを使うことでしかそれを実現できませんでしたが、それはコストを倍増させ、組み立てに複雑さをもたらしました。

フィンをきつくすれば必ず放熱性が向上するのか？

フィンの枚数が多い＝性能が高い、と考えるのは簡単だ。しかし、それは適切なエアフローと熱負荷の条件下でのみ言えることだ。

よりタイトなフィンは表面積を増やすことができるが、十分なエアフローや間隔がなければ、ヒートシンクの性能を低下させる可能性がある。

なぜ「多ければ多いほど良い」とは限らないのか

コンディション	よりタイトなフィンが有効？
強力なファン風量	はい
パッシブ冷却	いいえ
高ダスト環境	いいえ
垂直フィンの向き	時々

より重要なその他の要因

• フィンの高さと深さ 表面積にも影響する
• 材料導電率 熱が広がる速さに影響する
• フィン・ベース・コンタクト 品質がヒートフローの開始点を決める

パッシブソーラーコントローラーの設計で、フィンの間隔を詰めないように顧客にアドバイスしたことを覚えている。彼らは1.0mm間隔にこだわった。半年後、埃っぽい環境でオーバーヒートの問題が発生し、2.5mm間隔に戻さなければならなくなった。

結論

フィンの間隔、厚さ、構造はすべて、ヒートシンクの冷却性能を決定するために連動します。単に金属を詰め込めばいいというわけではなく、エアフロー、表面積、材料の限界のバランスを取ることが重要なのです。よりスマートな設計は、当てずっぽうの設計に勝ることはありません。