TIM (サーマルインターフェイスマテリアル) の設計、高熱伝導性の向上技術

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本セミナーでは、電子機器、車載機器の伝熱設計でTIM (サーマルインターフェイスマテリアル) を活用するためのポイントについて詳解いたします。

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プログラム

第1部 高熱伝導絶縁性セラミックスフィラーを利用した放熱材料の開発

(2023年4月10日 10:00〜11:00)

　高熱伝導絶縁性セラミックスフィラーで代表的なアルミナ、六方晶窒化ホウ素、窒化アルミニウムの概要と特徴に加えて、株式会社レゾナックの製品と開発品を紹介します。これらのフィラーを用いて高熱伝導性の放熱シートを作成するためのポイントを理論と実験データを交えて説明します。高熱伝導性フィラーとして近年注目が高まっております六方晶窒化ホウ素と窒化アルミニウムについて高放熱性シートの用途例を紹介します。

  1. 高熱伝導絶縁性セラミックスフィラーの概要
    1. 世界の変化と高放熱のニーズの高まり
    2. 高熱伝導絶縁性セラミックスフィラーの一般的性質
  2. アルミナについて
    1. 丸み状アルミナ『AS』
    2. 球状アルミナ『アルナビース ® /CB』
    3. 丸み状アルミナと球状アルミナの比較
  3. 六方晶窒化ホウ素について
    1. 六方晶窒化ホウ素 (hBN) の特徴
    2. 『ショウビーエヌ®/UHP』について
  4. 窒化アルミニウムについて
    1. 窒化アルミニウム (AlN) の課題
    2. 耐湿性AlN開発品について
    3. 耐湿性向上によるシリコーン樹脂の硬化改善
    4. 耐湿性AlN開発品の熱伝導率付与効果
  5. 高熱伝導化のポイント
    1. フィラーに含まれる不純物
    2. 粒度配合
    3. 表面処理
  6. 高熱伝導性セラミックスフィラーの応用例
    1. 六方晶窒化ホウ素の応用例
    2. 耐湿性窒化アルミニウム開発品の応用例

第2部 振動吸収性ウレタンゲルの高熱伝導化

(2023年4月10日 11:10〜12:10)

　近年、電子機器の高性能化、小型化が進み、多くの部品やユニットにおいて熱対策が重要な課題となっている。熱対策の一つの手段として、樹脂の高熱伝導化が求められている。熱伝導材料は、信頼性や界面熱抵抗の観点から、シリコーン系が主流となっている。しかし、シリコーン系にもいくつかの課題があるため、ウレタン系TIMの選択肢を示すとともに、配合技術の基礎について解説する。

  1. 放熱材料の種類と市場及び用途
  2. ウレタン系TIMの材料構成と構造
    1. ポリオール
    2. 鎖延長剤
    3. イソシアネート
    4. 触媒
    5. 添加剤
    6. 熱伝導フィラー
    7. 構造
  3. ウレタン系TIMの特長と評価
    1. 特長
    2. 熱抵抗と熱伝導率
    3. 振動吸収性
  4. ウレタン系TIMの課題と解決策
    1. 耐久性/信頼性
    2. 量産設備への適合化
  5. ウレタン系TIMの性能
    1. フィラーの影響
    2. プロトタイプ
    3. 耐久性
  6. 更なる高熱伝導化
    1. フィラーの最密充填
    2. 特性
  7. まとめ

第3部 セルロースナノファイバーと非酸化物フィラーの複合化による熱伝導放熱材の設計

(2023年4月10日 13:10〜14:40)

  1. 高熱伝導材料について
  2. 無機フィラー (酸化物・非酸化物) について
  3. 複合系放熱材料について
  4. セルロースナノファイバーとは
  5. セルロースナノファイバー/非酸化物フィラー複合材料
    1. セルロースナノファイバー/BN
    2. セルロースナノファイバー/AlN
    3. セルロースナノファイバー/Si3N4
    4. セルロースナノファイバー/その他
    5. セルロースナノファイバー/Al2O3
    6. セルロースナノファイバーをマトリックスとした場合の利点と課題

第4部 車載機器等に向けた高精度な伝熱対策とTIM・高放熱材料を用いた設計手法

(2023年4月10日 14:50〜16:20)

　自動車業界に関わらず、家電や産業機器、材料など様々な業界で、熱技術の検証が乏しいまま、モノづくりが進行していくことは少なくない。理由は、伝熱の良し悪しは作ってみないと判断がつかないからである。解析技術は、実験値との乖離を削減すれば、設計利用が思いのほか加速する。電子機器の熱対策伝熱設計にフォーカスすると、相互の乖離を検証するノウハウがあれば、開発工数78%カット、開発スピード2倍以上は想定可能である。つまり、電子機器の熱対策は、開発・設計のDX化によることで、他社に伝熱技術の遅れをとらないようにすること、費用対効果の向上が得られると解釈できる。

  1. 電子機器の伝熱設計概要
    1. 熱技術のプロセス革新
    2. 成立する検討項目
    3. 解析作業の流れ
    4. 事業に重要なコンセプトの形成
  2. 電子機器の伝熱解析
    1. 伝熱解析を活用したレイアウト設計
    2. 伝熱解析のECUモデリング
    3. 解析と実測の合わせ込み
    4. 解析値と実験値の比較結果
    5. モデリングの高精度化
  3. 伝熱解析と最適化連成
    1. 最適化とは
    2. 自動化手順とポスト処理機能一例
    3. 最適化の手法
    4. 事例1: 素子レイアウトの最適化
    5. 事例2: 発熱素子許容範囲の外部条件
    6. 事例3: フィン設計最適化点

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