サーマルコンパウンドとは?

コンピューターでは、多くの部品が大量の熱を発生する可能性があり、冷却が必要です。CPU と GPU は、主要な 2 つの熱源です。通常、空気の流れが良好な場合でも、どちらも積極的な冷却が必要です。RAM、SSD、VRAM、VRM、およびチップセットは、かなりの熱を発生します。多くの場合、適切なサイズのヒートシンクがある限り、空気の流れが良好なケースではパッシブ冷却で問題を解決できます。

これらの熱源はすべて、熱をアクティブまたはパッシブヒートシンクに伝達し、ヒートシンクが熱を空気に伝達することによって冷却されます。その後、空気はケースから取り除かれます。このプロセスはかなり基本的な物理学です。ただし、熱を効率的に伝達するには、良好な接触が必要です。ヒートシンクの空気との接触を良好にすることは、簡単なことではありません。気体として、エアニートはヒートシンクの形状に適合します。唯一の考慮事項は、ヒートシンクの表面積を最大化することです。

ただし、実際の発熱部品とヒートシンクの間の接触を良好にすることは、より複雑です。一般に、どちらの部品も金属であり、両方を平らに機械加工してしっかりと固定したとしても、結果は完璧ではありません。平坦化プロセスにより、微細な溝が残る可能性があり、実際に熱伝達を断熱する空気が入ります。また、場合によっては、取り付け力によって一方または両方の部品が再びわずかに湾曲し、接触不良や熱伝達不良につながる可能性があります。

これらの問題を最小限に抑えるために、一般的にサーマルコンパウンドが使用されます。これらは通常、ユースケース、長所、短所が異なる 4 つの形式で提供されます。一般に、エンドユーザーは 1 種類のサーマルコンパウンド (サーマルペースト) だけを扱う必要があるため、通常、この 2 つは同義です。

サーマルペースト

サーマルペーストは、最も一般的に考えられている種類のサーマルコンパウンドです。サーマルグリースや TIM (Thermal Interface Material の略) とも呼ばれます。正確な混合物はさまざまですが、通常は小さな金属粒子を含むポリマーペーストです。その意図は、少量を表面に置いて冷却することです。

次に、クーラーを上に平らに置き、熱伝導ペーストを自然に均一に広げ、どんなに小さくても隙間を埋めます。標準サイズの CPU の場合、通常、エンドウ豆ほどの大きさのサーマルペーストの塊で十分にカバーできます。

サーマルペーストは通常、小さな注射器に入っているので、必要な領域に少量を簡単に塗布できます。ただし、一部は小袋に入っているため、適用が難しく、一般的に非常に面倒です. 熱伝導率は、W/mK、またはワット/メートルケルビンで測定されます。より多くの熱を伝達できるため、数字が大きいほど優れています。サーマルペーストは通常、約 8W/mK を提供します。

重要なことに、サーマルペーストはほとんど常に導電性ではありません。つまり、少量がはみ出しても問題ありません。ショートの原因にはなりません。サーマルペーストは通常、CPU とそのクーラー、および GPU とそのクーラーの間で使用されます。サーマルペーストは通常、時間の経過とともに乾燥し、約 2 年後には性能が低下することがよくあります。この時点で、それをきれいにして再適用する必要があります。通常、サーマルペーストには接着機能はありません。

サーマルパッド

サーマルパッドは基本的に、熱をよく伝導する小さな薄いスポンジです。それらは一般に、サーマルペーストよりも厚いため、サーマルペーストほど熱を伝導しません。これらのサーマルパッドは、どのようなカバレッジが得られるかを正確に確認できるため、簡単に貼り付けることができます。パッドはわずかに粘着性がある傾向があり、特にパッドがバラバラになった場合、取り外しが困難になります。

熱パッドは、圧力に敏感なコンポーネントの保護層を提供します。特にすべてのコンポーネントが完全に水平ではない場合、取り付け圧力によってコンポーネントに亀裂が生じることがあります。サーマルパッドの小さなスポンジは、その圧力を吸収し、コンポーネントを水平にするのに役立ちます。通常、サーマルパッドは CPU や GPU の冷却には使用されません。

ただし、多くの場合、VRAM、VRM、RAM、および SSD で機能します。これらのデバイスは通常、それほど多くの熱を出力しません。そのため、ペーストに比べて熱伝導率が低下することは問題になりません。ただし、コスト削減は高く評価されます。

半田TIM

CPU には、実際には 2 層のヒートシンクがあります。CPU ダイは、統合ヒートスプレッダーまたは IHS で覆われています。次に、IHS はヒートシンクによって冷却され、その間に標準のサーマルペースト層が配置されます。IHS が CPU ダイと良好に接触するようにするために、最適な熱伝導率のために別のサーマルコンパウンド層が使用されます。一部のシナリオでは、標準のサーマルペーストが使用されます。ただし、表面積が小さいため、熱が伝わりにくくなっています。

最新のプロセッサーでは、はんだが CPU ダイと IHS の間で熱を伝達します。これは通常、良好な接続を形成するために IHS の適用中に圧縮されるミニチュアシートとして適用されます。金属として、はんだの熱伝導率ははるかに高く、約 50W/mK です。また、導電性があるため、近くのコンポーネントを絶縁するように注意する必要があります。

液体金属

一部の愛好家や極端なオーバークロッカーは、液体金属サーマルコンパウンドの使用を選択します。これらは、室温で金属液体であるガリウムに基づいています。ただし、一般的には他の金属と合金化されています。これは、標準のサーマルペーストと同様に適用できることを意味します。

60W/mK程度の優れた熱伝導率を提供します。それを使用すると、熱がより効率的に伝達されるため、温度が数度低下することがわかります。それは素晴らしいことのように思えますが、いくつかの困難があります。

液体金属を使用する場合は細心の注意を払う必要があります。まず、ガリウムを直接扱ってはいけません。液体金属はサーマルペーストより密度が低いため、使用する必要がはるかに少なくなります。導電性があるため、部品にこぼれるとショートする可能性があります。

ガリウムはまた、アルミニウムベースのヒートシンクとは相容れないアルミニウムに対して驚くほど腐食性があります。液体金属は、再塗布する場合、きれいに落とすのが困難です。液体金属サーマルコンパウンドは、十分な経験があり、それに伴うすべてのリスクを理解している場合を除き、使用しないでください。

結論

サーマルコンパウンドとは、あらゆる形態の熱界面材料を指します。これらの材料は、熱を効率的に逃がすことができるように、良好な物理的接触と高い熱伝導率を提供するように設計されています。ほとんどの場合、サーマルコンパウンドはサーマルペーストを意味します。これは通常、エンドユーザーが扱う唯一の形式であるためです。

ただし、さまざまな長所と短所がある他のタイプも利用できます。性能は、単位 W/mK の熱伝導率で測定されます。値が大きいほど良いですが、使いやすさや導電率などの他の要因も考慮する必要があります。