高性能電子機器の熱対策を支える単一成分サーマルゲルの技術と応用

近年、AIサーバー、電気自動車（EV）、5G通信設備、パワーエレクトロニクス機器などの高性能化に伴い、電子部品から発生する発熱量は増加しています。そのため、電子機器の信頼性を維持するためには、効率的かつ長期安定性に優れた熱マネジメント技術が不可欠となっています。

電子部品とヒートシンクや筐体との接触面には、微細な凹凸や加工公差による空気層が発生します。空気は熱伝導率が非常に低いため、この空隙が熱抵抗を増加させ、部品温度上昇の原因となります。

そのため、電子機器設計では熱伝導インターフェース材料（TIM：Thermal Interface Material）を使用し、接触面の熱抵抗を低減することが一般的です。

近年注目されているサーマルゲル（Thermal Gel）は、高い柔軟性、優れたギャップ充填性能、低応力特性を備えた次世代型の熱伝導材料です。従来の熱伝導グリース、熱伝導シート、2液型熱伝導ギャップフィラーと比較して、電子機器の高密度化に対応できる熱対策材料として採用が拡大しています。

サーマルゲル（Thermal Gel）とは

サーマルゲル（Thermal Gel）は、シリコーン系樹脂と高熱伝導フィラーを組み合わせた柔軟性の高い熱伝導材料です。

液状材料のような流動性を持ちながら、固体材料に近い安定性を備えており、電子部品と放熱部品の間に存在する複雑な隙間を効率的に充填できます。

エンジニアがサーマルゲルを選定する際、単純な熱伝導率だけではなく、以下の性能を総合的に評価する必要があります。

• 界面熱抵抗の低減性能
• 部品への機械的ストレス低減
• 温度サイクルに対する耐久性
• 生産工程への適合性
• 長期信頼性

単一成分サーマルゲルと従来熱伝導材料の比較

1. 熱伝導グリースとの比較

熱伝導グリースはCPU、GPU、パワーモジュールなどで広く使用されています。初期状態では優れた密着性を発揮しますが、長期間使用すると温度変化によるポンプアウト現象、オイル分離、乾燥などの課題が発生する場合があります。

特に車載電子機器、産業設備、電源装置など、長時間稼働や温度変化が繰り返される環境では、熱伝導材料の長期安定性が重要になります。

単一成分サーマルゲル（Single Component Thermal Gel）は、安定したゲル構造を維持しながら柔軟性を保持するため、材料移動リスクを低減し、長期間安定した熱伝導経路を形成できます。

2. 熱伝導シートとの比較

熱伝導シートは、厚み管理が容易で絶縁性にも優れているため、電子機器分野で広く利用されています。

しかし、実際の製品設計では、部品高さの違い、複雑な形状、微妙なクリアランス変化などにより、一定厚みの熱伝導シートでは完全な密着が困難になる場合があります。

サーマルゲルは、ディスペンスによる塗布方式を採用できるため、設計自由度が高く、複雑な構造でも均一な熱伝導経路を形成できます。

特に以下の用途で有効です。

• AIサーバー冷却システム
• GPU・CPU放熱モジュール
• 車載電子制御ユニット
• バッテリーマネジメントシステム（BMS）
• 通信機器

3. 2液型熱伝導ギャップフィラーとの比較

高性能熱対策用途では2液型熱伝導ギャップフィラーも使用されています。しかし、2液型材料の場合、A/B剤の混合比管理、専用設備、工程管理などが必要となり、生産ラインへの負荷が増加します。

一方、単一成分サーマルゲルは混合作業が不要で、そのままディスペンス工程へ導入できます。

これにより、製造工程の簡略化、品質安定化、量産性向上に貢献します。

TOUSEN SE Series Thermal Gel 高性能熱伝導ゲルソリューション

電子機器の高密度化、高発熱化に対応するため、TOUSENでは高信頼性熱マネジメント材料として SE Series Thermal Gel を提供しています。

SE Series Thermal Gelは単一成分タイプの熱伝導ゲルであり、A/B混合工程を必要とせず、直接ディスペンスによる施工が可能です。

自動化生産ラインとの適合性が高く、電子機器メーカーにおける安定した量産工程をサポートします。

SE Series Thermal Gelの主な特長

優れたギャップ充填性能

SE Series Thermal Gelは高い流動性と柔軟性を持ち、電子部品と放熱構造間の微細な隙間を効率的に充填します。

接触面積を最大化することで界面熱抵抗を低減し、効率的な放熱性能を実現します。

低応力による電子部品保護

近年の半導体部品は小型化・高集積化が進み、実装部品への機械的負荷管理が重要になっています。

サーマルゲルは柔軟な材料特性により、組立時の圧力や熱膨張差による応力を低減し、電子部品の信頼性向上に貢献します。

自動ディスペンス工程への対応

SE Series Thermal Gelは自動塗布設備への対応が可能であり、材料量や塗布位置の管理が容易です。

これにより、量産工程における品質ばらつきを低減できます。

長期安定した熱性能

電子機器は長期間安定した動作が求められるため、熱伝導材料には初期性能だけではなく、経年後の性能維持が重要です。

SE Series Thermal Gelは、サーバー、車載電子機器、産業設備などの長期使用環境を考慮した熱対策材料です。

サーマルゲル（Thermal Gel）の主な応用分野

AIサーバー・データセンター

AI処理能力の向上により、CPU、GPU、電源モジュールから発生する熱量は増加しています。

サーマルゲルは高性能コンピューティング機器において、効率的な熱移動を実現する熱伝導インターフェース材料として活用されています。

電気自動車（EV）電子システム

EVではバッテリー制御システム、インバーター、電子制御ユニットなどの安定した温度管理が重要です。

サーマルゲルは振動環境や温度変化に対応できる柔軟性を持ち、車載電子機器の熱対策に適しています。

パワーエレクトロニクス

IGBT、MOSFET、電源変換モジュールなどの高発熱部品では、効率的な放熱設計が必要です。

サーマルゲルは低熱抵抗と低応力特性を両立し、パワーデバイスの信頼性向上を支援します。

通信機器

5G基地局や通信設備では、小型化された筐体内部で効率的な放熱が求められます。

サーマルゲルは設計自由度が高く、限られたスペースでの熱対策に有効です。

エンジニアがサーマルゲルを選定する際のポイント

• 熱伝導性能： 発熱量と放熱構造に適した性能を選択する。
• 粘度・塗布性： 自動ディスペンス工程に適した流動特性を確認する。
• 長期信頼性： 温度サイクル、経年劣化への耐性を評価する。
• 電気特性： 必要に応じて絶縁性能を確認する。
• 量産適合性： 製造工程との相性を考慮する。

まとめ：サーマルゲルは次世代電子機器の重要な熱対策材料

電子機器の高性能化に伴い、熱対策材料にはより高い信頼性、設計柔軟性、生産効率が求められています。

単一成分サーマルゲルは、優れたギャップ充填性能、低応力特性、自動施工対応、長期安定性を備えた次世代熱伝導材料として、多くの電子機器分野で重要な役割を果たしています。

TOUSEN SE Series Thermal Gelは、サーバー、EV、通信機器、パワーエレクトロニクスなど幅広い用途に対応し、効率的で信頼性の高い熱マネジメント設計をサポートします。

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単一成分サーマルゲルによる高性能電子機器の熱対策技術

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単一成分サーマルゲルの特徴と熱伝導シートやグリースとの違いを解説。電子機器、EV、サーバー向け高信頼熱マネジメント技術を紹介します。

概要

サーマルゲルは高性能電子機器向けの次世代熱伝導材料です。本記事では単一成分サーマルゲルの技術特長、従来材料との違い、電子分野での応用について解説します。