銅とアルミのヒートシンク、どちらが良いか

ヒートシンクは、熱を生成し、高温による劣化を防ぐために適切なレベルの温度を維持するシステムの重要な要素です。電子回路のミクロレベルで熱エネルギーを制御する銅の特性により、ハイテクコンピュータ産業向けの新たなヒートシンクオプションとなっています。銅とアルミニウムのヒートシンク材料には、熱伝達、熱慣性、熱伝導率、コストの面があります。適切な材料と熱プロファイルを判断するには、これらの影響に関する知識が必要です。

ヒートシンク材料

この材料は熱側から熱を除去し、シンク側への自由電子の移動によって熱を大気中に利用できるようにします。この種の材料の主かつ重要な特性は、熱伝達効率、軽量、安定性、押出/機械加工の容易さ、およびコストです。これらの特性を考慮すると、最適なヒートシンク材料はアルミニウムと銅です。なぜなら、これらの材料の冶金は実現可能であり、産業に応用できるからです。しかし、主な問題は、優れた熱伝達機能/熱交換器特性を備えた適切で安価なヒートシンク材料を選択することです。詳細については、これらの YouTube ビデオをご覧ください。

共通ヒートシンクタイプ

ヒートシンク材料には、製造、押出成形、設計タイプ、および機器での用途の容易さにより、さまざまなカテゴリがあります。銅製ヒートシンクとアルミニウム製ヒートシンクの含有量は、ヒートシンクの種類にも関係します。さまざまなタイプのヒートシンク材料は次のとおりです。

アルミニウムのヒートシンクプロファイル

アルミニウム材料は、薄いフィンの突出と熱伝達機能のための最大の表面積を備えた良好な押出特性を備えています。これらのプロファイルは押し出しプロセスの結果です。これは安価で効率的で、一般的に入手可能で、優れた熱伝達方法です。図No.1にアルミニウムのヒートシンク形状を示します。図No.1 アルミニウムのヒートシンクプロファイル。

図No.1 アルミニウムのヒートシンクプロファイル

丸型アルミニウムヒートシンク

これらのプロファイルは円形で、半径方向に薄いフィンがあり、軸方向に沿って突起があります。表面積によって大気中に熱を放射し、対流させることができます。電子機器の温度を制御する一般的な方法です。図No.2は、円形アルミニウム製ヒートシンクのプロファイルを示しています。図No.2 アルミニウムのヒートシンクプロファイル。

図No.2 アルミニウムのヒートシンクプロファイル

フル銅製 CPU クーラー

ハイテクコンピュータのCPUから大気中に熱を取り出す、より効率的で先進的な方法です。従来のコンピュータ CPU はアルミニウム ヒートシンクを使用する場合がありますが、ハイテク コンピュータ CPU は 1 秒あたりより多くのジュール エネルギーをエクスポートする必要があります。したがって、銅はアルミニウムよりも 1 秒あたり 40 パーセント以上の熱ジュールを放出できるため、この活動には最適な材料です。

電気銅管

銅管は、放射および対流モードで、流体を高熱エネルギーから低温のヒートシンク側に移送します。循環モードにより流体を取り込み、その熱をパイプ外周に集めることができます。大気への熱伝達は、空気分子の物理的励起/対流と放射線によって起こります。

最も早く加熱される金属は何ですか

銅とアルミニウムのヒートシンク材料を比較して表 1 を参照すると、銅が加熱に必要な熱エネルギーはわずか XNUMX ～ XNUMX パーセントであることが明らかです。

この事実は、銅の高い熱伝導率と利用可能な価電子の数が多いことによるものです。これにより、マイクロエレクトロニクス デバイスのヒートシンクの温度分布が大幅に容易になります。なぜなら、マイクロエレクトロニクスは瞬時に少量の熱分布を必要とし、銅がこれを提供できるからです。

どの金属が最も熱を伝導しやすいか

銅は、価電子の数が多く電子ドリフト速度が速いため、より多くの熱エネルギー (単位長さおよびケルビン温度で 2 秒あたり) を伝導できます。表No.XNUMXにも同様のことが示されています。

したがって、銅は負端の末端により多くの価電子を提供することができます。あらゆる方向に熱を伝導、吸収、放射することができ、コンポーネントを冷却し、動作温度範囲まで効率よく保ちます。

最適なヒートシンク素材

最適なヒートシンクの材料は、次の要因によって決まります。

1. 製造が容易である

2. 薄肉フィン加工や押し出し加工が容易

3. より短い時間でより多くの熱を伝導します

4.簡単加熱

5. 高温での熱安定性

6. 使用温度での延性

7.安い

銅とアルミニウムのシンク材料をこれら 7 つのステップと比較すると、これらすべての特性を備えた材料は XNUMX つも存在しないことがわかります。したがって、唯一の選択肢は、特定の用途に対して XNUMX つの材料の特性を優先することです。

ヒートシンクは銅とアルミニウムどちらが良いですか

熱処理の必要性が少なく、コストがかかる可能性があるマイクロエレクトロニクスがアプリケーションに含まれる場合、アルミニウムよりも銅の方が優れたヒートシンクです。しかし、製品が熱交換器から放散するのに平均的な熱量を必要とし、加工と材料に高い価格を支払う余裕がない場合（銅のヒートシンクの価格はアルミニウムよりも高い）、アルミニウムは銅よりも優れたヒートシンク材料です。

熱伝導率

熱伝導率は、最適な温度レベルでのヒートシンク材料の効率と熱伝達機能を定義します。したがって、銅の高い熱伝導率により、低温でもコンポーネントが過熱することなくマイクロエレクトロニクスにおける熱伝達に適していると言えます。表No.2に銅とアルミニウムの熱伝導率を示します。

ヒートシンクの酸化

どちらのヒートシンク材料も高温で酸化しますが、銅の場合は約 3 ℃の温度で黒く酸化します。しかし、アルミニウムは摂氏 XNUMX 度の温度で酸化する可能性があり、熱伝達後にヒートシンク材料が成長することは不可能です。図No.XNUMXは銅とアルミニウムの黒色酸化を示しています。化学的攻撃も両方の材料の酸化を引き起こす可能性があります。

図No.3 銅の黒酸化。

重量とコスト

重量：銅はアルミニウムよりも密度が約3倍高く、単位立方体あたりの重量も大きいため、重量に敏感な機器にはあまり適していません。表3に銅とアルミニウムの密度を示します。

表No.3 銅とアルミニウムの密度。

コスト：高温での冶金、鉱石の埋蔵量の少なさ、銅の抽出コストはアルミニウムの約3倍であるため、銅製ヒートシンクはアルミニウム製よりも高価です。

被削性

アルミニウム製ヒートシンクは、フィンダイでの成形や、大きな表面積を持つ最終的な熱伝達形状の押出成形に適した材料です。これは、簡単で汎用性があるため、アルミニウム製熱伝達ヒートシンクでは一般的な手順です。アルミニウムプロファイルの複雑なフィン形状により CNC 機械加工が必要になる場合があり、このような種類の作業には機械加工が不可欠です。銅は、情報と成形に高い熱エネルギーを使用するため、フィン形状プロファイルの押し出しには適していないため、機械加工が必要になります。

Tuofa カスタム ヒートシンクを選ぶ理由

アプリケーションにパラメータを備えたカスタム ヒートシンクが必要な場合、専門家のみがヒートシンク材料を銅かアルミニウムのどちらから選択するかを指示できます。お客様は熱伝導率が高い銅と低コストのアルミニウムを選択できますが、Tuofa は冶金、押出、CNC 加工の詳細な分析を行うことができます。 Tuofa は ISO 9001 認証を取得しており、熱伝達機能とヒートシンク材料の CNC 加工の経験があります。たとえば、液体金属アルミニウム ヒートシンクのコンセプトを使用することを考えることができますが、Tuofa は液体金属とアルミニウム ヒートシンクの間の反応反応について説明できます。詳細については、toufa-cncmachining.com をご覧ください。

メタルヒートシンクに関するよくある質問

銅とアルミニウムのどちらが優れた導体ですか?

銅はアルミニウムよりも熱エネルギーの伝導性に優れていますが、高価であり、フィンプロファイルの押し出しや黒色酸化には制限があります。熱条件が化学反応、陽極酸化反応、価電子および腐食特性を乱す場合、銅は熱伝導性を失う可能性があります。

ヒートパイプにはアルミニウムと銅のどちらが適していますか?

銅は熱エネルギーを材料の周囲に伝導し、さらに放射熱路と対流によって大気中に伝達できるため、ヒートパイプに適しています。しかし、パイプ製造のための銅の押出または引抜きには、押出に対する冶金学的制限があります。