デバイスの高性能化と小型化に伴い、発熱問題が大きな課題となっている現代のエレクトロニクス業界。発熱体から効率よく熱を逃がす技術が注目されています。本記事では、放熱用シリコーンの種類や特徴、選定方法について詳しく解説します。優れた熱伝導性を持つ放熱シリコーン材料の基礎知識から活用事例まで、電子機器の信頼性向上に役立つ情報をお届けします。
【優れた放熱材料とは】熱対策の基本と放熱シリコーンの役割
優れた放熱材料とは、耐熱性、耐寒性、耐候性などにおいて十分な信頼性を持ち、使用者の求める必要最低限の特性を満たし熱伝導性が良く、熱抵抗の小さな材料のことです。発熱体から出た熱を上手に逃がすことで、機器の長期信頼性向上に貢献し、熱暴走や性能ダウンを最小限に抑えることができます。
実は発熱体は平面に見えても微細な凹凸が存在しています。この凹凸部分には空気の層ができ、それが断熱層となって熱伝導を妨げるのです。シリコーン製の放熱材料を使用することで、発熱部位と冷却システムの接合界面に存在するこの断熱層（空気）を埋め、効率的な熱伝導が可能になります。これにより、長期にわたり機器の信頼性が向上するのです。
放熱用シリコーンの基本
放熱用シリコーンは、熱伝導性物質を高度に充填した複合材料で、発熱体と冷却部材の間に密着することで優れた熱伝導性を発揮します。市場には求められる性能や用途に合わせた多彩な製品がラインアップされており、様々なニーズに対応可能です。
各種電子機器のトレンドは小型化と軽量化。それに伴い発熱量は増加する傾向にあるため、最適な放熱材料を選択することが非常に重要になっています。放熱用シリコーンは、そんな現代の電子機器が抱える熱問題を解決する強力な味方と言えるでしょう。
【放熱用シリコーンの種類と特徴】用途に応じた多様な製品
放熱用シリコーンには様々な種類があり、それぞれ特徴が異なります。ここでは、主な種類とその特性についてご紹介します。
① 絶縁放熱シリコーンゴムシート
絶縁放熱シリコーンゴムシートは、シートを挟むだけで簡単に絶縁性を確保できる製品です。作業性・安全性・電気絶縁性に優れており、シート・チューブ・キャップ形状の製品も選べます。各種トランジスタの形状に合わせたラインアップがあり、実装する基板サイズにカットして納入可能という利便性も備えています。
主な用途としては、電源用パワートランジスタやパワーモジュールの放熱絶縁、温度感知部の絶縁および伝熱媒体などが挙げられます。
② 低硬度放熱シリコーンゴムパッド
低硬度放熱シリコーンゴムパッドは、凹凸のある発熱素子の放熱ができ、基板全体に貼り付け可能な製品です。外部冷却用ヒートシンクへの距離・隙間埋めができるほか、ゴム弾性により応力の緩和や振動を吸収する機能も持っています。
密着性があり押しつぶして使用すると熱抵抗を低減できるため、効率的な放熱が可能です。また、実装時に仮固定できる粘着性を持ち、リワーク性に優れているのも特徴です。CPU、LSIなどの半導体デバイスの放熱絶縁に最適です。
③ 放熱グリース（オイルコンパウンド）
放熱グリース（オイルコンパウンド）は、薄膜塗布が可能で微細な凹凸にも使用できる製品です。耐ポンプアウト性能・耐ズレ性能を有する製品もあり、リワーク可能という利点があります。シリコーンオイルを基油にアルミナなど熱伝導性のよい粉末を配合したグリース状の製品で、広い温度範囲にわたり優れた熱酸化安定性、電気特性などを有し、高い放熱効果を発揮します。
主な用途としては、パワートランジスタ、IC、CPUなど半導体デバイスの放熱や、サーミスタ、熱電対などの測定個所との密着などがあります。
④⑤ 液状シリコーンゴム（縮合タイプ・付加タイプ）
縮合タイプの液状シリコーンゴムは、湿気と反応して硬化するため加熱炉が不要という特長があります。硬化後はゴム弾性を保持した熱伝導特性を有し、凹凸のある局面にも接着できるため、電子部品の固定に有用です。
一方、付加タイプの液状シリコーンゴムは、加熱による短時間硬化が可能で、ポッティングや部品固定が可能です。凹凸のある部位に適しているという特性を持っています。
⑥ 放熱ギャップフィラー
放熱ギャップフィラーは、硬化後は接着せず、厚塗りが可能でリワーク性に優れた製品です。耐ズレやポンプアウト特性、割れ性に優れ、機器の応力緩和にメリットがあります。発熱体と冷却装置の段差を埋められるという特長も持っています。
硬化前はグリース状で機材表面に良くなじみ、柔らかいシート状に硬化する性質があります。CPUとヒートスプレッダー間の放熱や電子部品の放熱固定、ヒートシンク、ヒートパイプの接着固定などに適しています。
【放熱用シリコーンの選び方】最適な製品選定のポイント
放熱用シリコーンを選ぶ際は、いくつかの重要なポイントを押さえる必要があります。ここでは、製品選定の際に考慮すべき要素を解説します。
熱伝導率と熱抵抗の理解
放熱材料を選ぶ上で最も重要なのは、熱伝導率と熱抵抗です。熱伝導率が高い製品は熱をより効率的に伝えることができますが、単に製品単体での熱伝導性の高さだけでなく、実際に基板等に実装した場合の性能も重要です。
実は世の中には製品単体での熱伝導性が高くても、基板等に実装した場合に熱抵抗を低減できず、カタログ上の熱伝導率を発揮できていないものがあります。長期間の使用で初期形状を保持できない製品は、放熱材料としては不適切と言えるでしょう。
使用環境と条件の考慮
使用される環境や条件に合わせた製品選びも重要です。例えば、高温環境で使用する場合は耐熱性に優れた製品を、屋外で使用する場合は耐候性の高い製品を選ぶ必要があります。
信越化学工業の放熱用シリコーンは、自動車の電動化に伴うリチウムイオンバッテリーや各種電子制御装置向けの熱対策にも対応しています。例えば「TC-PENシリーズ」は独自の技術で低密度化を実現し、従来比で約15%の軽量化を達成しながらも、同等の放熱性能と作業性を保持しています。
形状と取り付けやすさ
製品の形状や取り付けやすさも重要な選定ポイントです。例えば、絶縁放熱シリコーンゴムシートは、シートを挟むだけで簡単に絶縁性を確保できる利点があります。低硬度放熱シリコーンゴムパッドは、凹凸のある発熱素子にも対応でき、実装時に仮固定できる粘着性を持っているため、作業性に優れています。
用途に合わせて、最も取り付けやすく、効果的な放熱が期待できる形状の製品を選びましょう。
【放熱用シリコーンの活用事例】多様な分野での応用
放熱用シリコーンは、様々な産業分野で活用されています。ここでは、代表的な活用事例をご紹介します。
電子機器・半導体分野での活用
パソコンなどに搭載されるCPU、LSIなどの電子デバイスの放熱に広く利用されています。特に、高性能化が進む半導体デバイスでは発熱量が増大しており、効率的な放熱対策が欠かせません。放熱用シリコーンは、これらのデバイスの熱管理に重要な役割を果たしています。
自動車・輸送機器での活用
ハイブリッド車や電気自動車などに搭載されるECUなどの電子デバイスの放熱にも放熱用シリコーンが活用されています。特に、電気自動車（EV）・ハイブリッド自動車（HEV）向けの放熱用シリコーン材料の需要が高まっています。
例えば、信越化学工業の「TC-SETシリーズ」は、低硬度と高復元性を両立させており、車載品で長期にわたり耐振動性、高復元性が要求される各種電子デバイスの放熱に適しています。
LED照明分野での活用
LED照明やLEDバックライトなどの放熱にも、放熱用シリコーンが広く利用されています。LEDは発光効率が高いものの、発熱も無視できず、効率的な放熱対策が製品の寿命や信頼性に大きく影響します。
「サーモリリース」と呼ばれる製品は、熱伝導性に優れた極めて柔軟なシリコーンシートで、LED照明、バックライトの放熱絶縁材として活用されています。
【放熱シリコーン技術の未来】より効率的な熱管理へ
放熱用シリコーン技術は、電子機器の小型化・高性能化が進む中で、今後さらに重要性を増していくでしょう。発熱量の増加に対応するため、より高い熱伝導率を持つ製品や、より軽量で柔軟性の高い製品の開発が進められています。
信越化学工業では、新製品の開発とともに、熱解析技術によるテクニカルサポートやIATF16949:2016認証工場での製造・加工を開始するなど、顧客の高度化する要求に対応しています。これらの技術革新により、今後も放熱用シリコーンは様々な産業分野で熱対策の中心的役割を果たしていくでしょう。
適切な放熱対策は、製品の信頼性向上だけでなく、省エネルギー化にも貢献します。発熱を適切に管理することで、冷却のためのエネルギー消費を抑え、環境負荷の低減にもつながります。
最適な放熱用シリコーンで機器の性能と寿命を向上させよう
放熱用シリコーンは、現代の電子機器にとって欠かせない材料として、その重要性はますます高まっています。適切な放熱対策は、機器の性能向上だけでなく、長期信頼性の確保にも大きく貢献します。
本記事で紹介した放熱用シリコーンの種類や特徴、選定方法を参考に、お使いの機器や開発中の製品に最適な放熱ソリューションを見つけていただければ幸いです。放熱対策の重要性を理解し、適切な材料選びを行うことで、製品の競争力向上につながるでしょう。
参考情報：
株式会社ニッシリ https://nissili.co.jp/all/pickup/pu-silicone/3418/
信越化学工業株式会社 https://www.silicone.jp/products/function/heat/index.shtml
株式会社持田商工 https://www.mochida-sho.co.jp/polymer/silicone.html
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