熱伝導材料

熱伝導性界面材料（略してTIM）は、2つの部品の間に挿入され、それらの間の熱結合を強化する材料です^[1]。一般的な用途は放熱で、TIMは熱を発生するデバイス（集積回路など）と放熱デバイス（ヒートシンクなど）の間に挿入されます。さまざまな対象アプリケーション向けに数種類のTIMの開発が集中的に研究されています。各インターフェースには熱抵抗が存在し、放熱を妨げます。さらに、インターフェースでの継続的な過熱と大きな熱応力により、電子性能とデバイスの寿命が劇的に低下する可能性があります。

最近ではTIMの開発と改良に多くの取り組みがなされている^{[1] 。これらの取り組みには、層間の熱境界抵抗を最小限に抑え、熱管理性能を向上させることが含まれる一方、異なる}熱膨張係数の材料間の熱応力の低減、弾性率や粘度の低さ、柔軟性と再利用性の確保などのアプリケーション要件にも対応している。

• サーマルペースト: 主に電子産業で使用されているサーマルペーストは、非常に薄い接着ラインを提供するため、熱抵抗が非常に小さくなります。サーマルペーストには機械的強度がなく (ペーストの表面張力とその結果生じる接着効果以外)、外部の機械的固定機構が必要です。サーマルペーストは硬化しないため、通常は材料を封じ込められる場所、またはペーストの粘性によって使用中に所定の位置に留まる薄い用途でのみ使用されます。
• 熱接着剤：熱ペーストと同様に、熱接着剤は非常に薄い接着ラインを提供しますが、硬化後に接着にさらなる機械的強度を与えます。熱接着剤のような硬化性TIMは半導体パッケージの外側で使用される場合もありますが、その硬化特性によりさまざまな熱応力に対する信頼性を向上できるため、熱パッケージの内側で使用されることがよくあります。^[2]熱接着剤には、1成分配合と2成分配合の両方があり、多くの場合、固体充填剤（金属酸化物、カーボンブラック、カーボンナノチューブなど）^[3]または液体金属滴など、熱伝導率を向上させる添加剤が含まれています。^[4]
• 熱ギャップフィラー: これは、「硬化型熱伝導ペースト」または「非接着型熱伝導接着剤」とも呼ばれます。限られた接着力により、硬化しながらも簡単に分解できるため、熱伝導ペーストよりも厚い接着ラインを提供します。
• 熱伝導パッド: 流体状の従来の TIM とは異なり、熱伝導パッドは固体状態で製造され、使用されます (ただし、多くの場合は柔らかい)。熱伝導パッドは、主にシリコンまたはシリコンのような材料で作られており、簡単に適用できるという利点があります。熱伝導パッドは、非平坦なインターフェースや複数のコンポーネントのインターフェースにも対応できるように、より厚い接着ライン (厚さは数百 μm から数 mm の範囲) を提供しますが、熱伝導パッドが接着面に適合するように、ヒートシンクを熱源に押し付けるために通常はより大きな力が必要になります。
• サーマルテープ: これらの材料は接着面に接着し、硬化時間を必要とせず、簡単に適用できます。サーマルパッドと同様に、通常は固体ですが柔軟な形で出荷され、数百 μm を超えるさまざまな厚さのものがあります。
• 相変化材料(PCM): 自然に粘着性のある材料で、熱伝導グリスの代わりに使用されます。その用途は固体パッドに似ています。融点が 55 ～ 60 度に達すると、半液体状態に変化し、熱源とヒートシンクの間の隙間をすべて埋めます。
• 金属熱伝導材料（金属TIM）：金属材料は、バルク熱伝導率が大幅に高く、熱伝導抵抗が最も低い。この高い熱伝導率は、ポリマーTIMよりもボンドラインの厚さや共平面性の問題に対する感受性が低いことにつながります。^[5] TIMとして使用される一般的な金属には、比較的柔らかく柔軟なインジウム合金や焼結銀などがあります。

• ヒートシンク
• ヒートスプレッダー