ギャップフィラーの厚さの選び方

図面には隙間が1.5mmと書かれているので、2mmのフィラーなら安全に思える。簡単だろう？そして試作が届く。1つのパッドはハウジングにほとんど触れず、別のパッドは基板を曲げてしまう。図面が公称の隙間を示していた一方で、製造側は範囲をもたらしたのだ。.

ギャップフィラーの厚み選定は、熱目標を伴う公差と荷重の問題です。材質は、最大の隙間で接触し、最小の隙間で安全に圧縮されなければならず、熱、振動、経年変化を経てもその両方を維持し続けなければなりません。.

ギャップフィラーの厚さはパッドと液状品で意味が異なる

ギャップフィラーは、発熱部品と冷却面の間の断熱性の空気を置き換えます。空気は室温付近で約0.026 W/m·Kの熱しか伝導しません。充填されたポリマーは通常、はるかに優れた熱伝導性を持ちますが、接触状態、圧力、厚さも結果に影響を与えます。.

〜のために 成形済みサーマルパッド, サプライヤーは公称のシート厚さを提供します。アセンブリが閉じると、パッドは薄くなります。ディスペンス可能な材料の場合、通常、ハードウェアによって最終的な厚さが決まります。.

ディスペンス式ギャップフィラーにシート状の厚みがない理由

A 液体ギャップフィラー ビードとして堆積される。ストッパーに近い部分は、利用可能な空間全体に材料が広がる。組み立てられた隙間が接合ラインとなる。.

液体フィラーの「圧縮率」をパッドの処方に組み込んではいけません。対応するギャップ範囲、ディスペンス量、レオロジー、硬化性、保持力を確認してください。少なすぎると乾燥部分ができ、多すぎるとキープアウト領域にあふれ出る可能性があります。.

快適な1つの数字ではなく、ギャップの範囲から始めよう

公称のCAD寸法はコンセプト作業中は役立ちますが、リリースには公差積算が必要です。含めるもの：

• 部品本体と半田付け部の高さ
• PCBの厚み、反り、ねじれ
• ヒートシンク、コールドプレート、または鋳造品の平坦度
• ハウジングとボスの公差
• ねじのトルク、締め付け順序、およびスタンドオフの高さ
• コーティングと絶縁層
• パッドの厚さ公差と熱膨張

最小、公称、および最大の組み立て隙間を記録する。広いインターフェースの場合は、その領域もマッピングする。ハウジングは、ある角では1.2 mm離れており、別の角では1.7 mm離れている場合がある。平均値はそのような傾きを非常にうまく隠してしまう。.

自分を欺かずにハードウェアを測定する

早期に公差解析を活用し、その後に代表部品を測定します。可能な方法には、CMM、光学式高さマッピング、ハイトゲージ、管理されたテストピース（ウィットネス・マテリアル）、断面観察、感圧フィルムなどがあります。試作によって接触パターンを明らかにすることができます。.

通常のノギスでは柔らかいパッドを押し潰してしまい、自由状態の厚さを低く測定してしまう恐れがあります。サプライヤーの方法、または規定された低測定力ゲージを使用してください。測定力とサンプル条件を記録してください。また、「ゴールデンサンプル」を複数測定してください。実際の生産時のばらつきは、それほど甘くありません。.

両極端をカバーするパッドの厚さを計算する

成形パッドの場合、圧縮率は C=rac{T_0-G}{T_0} imes100% です。

ここで、(T_0)は圧縮前のパッドの厚さであり、(G)は組み立てられた隙間です。隙間が1.5 mmで、2.0 mmのパッドがその隙間に圧縮される場合、公称圧縮率は25%です。.

最初の見積もりとして、方程式を逆算することができます： $T_0=\frac{G}{1-C}$

その計算は公差範囲ではなく、1点について記述しています。パッドのみのワークフローについては、以下を参照してください： サーマルパッドの厚さの選択.

全公差範囲を確認する

供給されるパッドの範囲を $(T_{\min})$ から $(T_{\max})$ までとします。組み立てられたハードウェアのギャップの範囲を $(G_{\min})$ から $(G_{\max})$ までとします。.

許容される最も薄いパッドが最大の隙間に嵌合するときに、最小の圧縮が生じます：

C_{low}=\frac{T_{min}-G_{max}}{T_{min}}

最も厚い許容パッドが最小のギャップと重なるときに最大の圧縮が発生します：

C_{high}=\frac{T_{max}-G_{min}}{T_{max}}

候補者は、$C_{low}$ がその等級の最低値を上回り、かつ $C_{high}$ がその最高値を下回る場合にのみ、このスクリーニングを通過します。大まかなオンラインのパーセンテージはヒントであり、設計ルールではありません。.

例題：1.4〜1.7 mmの隙間にまたがる2.0 mmのパッド

図面と測定値から、次のような仮定のケースが導き出されるとします：

最も薄いパッドで最も隙間が大きい場合: C_{low}=rac{1.9-1.7}{1.9}=10.5%

最も厚いパッドを用いた最小のギャップの場合：C_{high}=\frac{2.1-1.4}{2.1}=33.3%

候補者は幾何学的ウィンドウをカバーしています。力学、熱、断熱、組み立て、信頼性のテストがまだ必要です。.

圧縮率は安全な組み立て力とは異なる

2つのパッドであっても、30%の圧縮値に達し、それぞれ全く異なる力で押し返すことがあります。配合、補強材、厚さ、温度、面積のすべてが影響します。ショア00硬度は、圧縮たわみ曲線に代わるものではありません。.

実際のグレードと厚さに対する圧力対たわみのデータを求めます。その圧力を接触面積全体の全荷重に換算します。.

キッチンスポンジに親指を1本押し込むのは簡単だ。だが、トレイ全体のスポンジを同じ深さまで押し込むには、はるかに大きな力が必要になる。大型のバッテリー極板も、これとまったく同じ、少々厄介な挙動を示す。.

パッケージの制限、はんだ接合部、基板の歪み、固定具、および筐体の変歪みに対する負荷を確認してください。大きなパッドの周囲にある4本のネジは、高い角部応力と中央部での弱い接触を引き起こす可能性があります。.

力が強すぎる場合は、より柔らかく薄いグレード、分割パッド、機械的再設計、または低弾性率の液体充填剤を検討してください。ネジのトルクを上げることは、賢明な熱対策になることはめったにありません。.

熱的には、通常、最も薄く信頼性の高い接着層が勝利する

均質な材料層のバルク抵抗は、以下の方法でスクリーニング（検査・評価）できます：

R_{\text{material}}=\frac{t}{kA}

ここで、(t)は最終的な厚さ、(k)は面貫通方向の熱伝導率、(A)は伝熱面積である。他の条件がすべて同じであれば、層が厚いほど抵抗が増加する。.

接合部には接触抵抗も含まれます。表面の半分に触れる薄いパッドは、両面を濡らすわずかに厚い材料に劣る可能性があります。最も薄いものを目指してください 信頼できる 最小の表計算数値ではなく、結合線.

方法を見て 接合層の厚さの変化が熱性能に影響を与える そしてなぜ 熱伝導率は熱インピーダンスとは異なる データシートを比較する前に。.

その Würth WE-TGF ユーザーガイド 特定の荷重下における厚みに対するインピーダンスを1つのファミリーごとにプロットしている。有用ではあるが、市場にあるすべてのパッドの曲線というわけではない。.

形状と製造に関する材料フォーマットを選択してください

まず素材のフォーマットをアセンブリに合わせます。 レアード選別論文 圧縮性、誘電特性、シリコーンに関する制限、安定性などの関連要因を強調しています。.

パッドがよりクリーンな選択肢であるとき

パッドとは、目視可能で個数を確認できる部品です。保持領域の周囲を型抜きし、封止前に検査を行うことができます。これは、適切な組立力が加わる状態で隙間を管理するのに適しています。.

パッドは、元のグレードが分かっている場合の現場での交換にも適しています。潰れて劣化したパッド単体から厚さを推測しないでください。永久ひずみや取り外しによって厚さが変わる可能性があります。.

パテ、ジェル、あるいは液体フィラーのどれが公差への対応に優れているか

高い追従性 サーマルパテ スプリングの張力を抑えつつ、コンポーネントの高さの違いに対応します。ゲルや現場硬化型フィラーにより、スケーラブルなディスペンシングが可能になります。.

これらのフォーマットは、ダイカスト筐体、バッテリー、パワーエレクトロニクス、および多部品基板に適しています。とはいえ、「ディスペンシング可能」だからといって、自動的に修正されるわけではありません。塗布量、ビードの経路、閉鎖、通気、および検査を管理してください。塗布量が多すぎると、空気が閉じ込められたり、コネクタ内に侵入したりする可能性があります。それは少々厄介ですね。.

用途によって求められる厚さの優先順位は異なる

レギュレーターの下にある1.5mmの隙間は、バッテリー極板全体の1.5mmとは同等ではありません。面積、剛性、電圧、向き、寿命によって答えが変わります。.

厚みがずれると何が問題になるのか

Stacking pads is not a dependable cure for an unknown gap. It adds a contact boundary and allows slip. If unavoidable, qualify the stack as a new construction.

Validate the Thickness Before Production Release

No standard selects the thickness for you. Standards control a measurement or exposure; the product still needs pass-fail limits.

At material level, check:

• Thickness under a stated measurement force
• Compression-deflection at relevant thickness and temperature
• Thermal impedance at realistic BLT and pressure
• Dielectric behavior when the TIM provides insulation
• Rheology, mix ratio, cure, and void sensitivity for liquids
• Compression set or stress relaxation

ASTM D5470 is widely used for thermal transmission properties of suitable TIM specimens. Check pressure, thickness, area, temperature, and conditioning before comparing data. The result does not automatically predict device temperature.

Haktak also summarizes 一般的なTIM試験規格 for interface and bulk-property screening.

Test representative assemblies at both gap extremes. Check coverage, torque, pressure, board strain, device temperature, voids, dispense mass, and rework. Repeat functional measurements after aging.

Relevant exposures may include IEC 60068-2-14 temperature change, IEC 60068-2-64 random vibration, or ISO 16750-3 and -4 automotive conditions. UL 94 classification must match the grade and tested thickness. None replaces system-level electrical safety review.

Give the Supplier These Inputs, Not Just “I Need 2 mm”

A useful request includes:

• Minimum, nominal, and maximum gap; height map for large areas
• Contact area, surfaces, flatness, and heat load
• Clamp force, torque, stops, and component load limits
• Voltage, insulation, clearance, and flammability needs
• Temperature, vibration, fluids, and target life
• Placement or dispensing method, rate, inspection, and rework

With those inputs, 材料選定および試験サポート can narrow candidates before samples reach the line. That beats ordering three random thicknesses and hoping one behaves.

結論

The right gap filler is not the thickest material that touches under nominal conditions. It is the thinnest validated system that maintains contact across the real gap range without exceeding mechanical, thermal, electrical, process, or reliability limits.

For pads, calculate compression at both tolerance extremes and then verify force. For putties, gels, and liquid fillers, control final bond line through hardware stops, dispense volume, flow, and cure. In both cases, finish the decision in representative hardware—not on a datasheet alone.

よくある質問

How thick should a thermal gap filler be?

There is no universal value. Choose the thinnest material that covers the gap range while meeting the grade’s force and thermal limits. For liquids, select a supported bond line range.

How do I measure the gap for a thermal pad or gap filler?

Build a tolerance stack, then measure representative assemblies. CMM, optical mapping, controlled witness material, height gauges, or cross-sectioning may help. Record the extremes, not just an average.

What compression ratio should I use for a gap pad?

Use the supplier’s range for the exact grade and thickness. Confirm force-deflection data too, because an acceptable percentage can still create excessive load.

What happens if a thermal pad is too thick?

It can add resistance, bow the PCB, overload packages or solder joints, distort the housing, or extrude from the joint.

What happens if a thermal pad is too thin?

It may not contact both surfaces at the largest gap. Air pockets then raise resistance and create hot spots or unit variation.

Can I stack two thermal pads to fill a larger gap?

Avoid it when one qualified pad is available. A stack adds an interface and can slip. If required, qualify the complete construction for resistance, load, and aging.

Do different component heights need different pad thicknesses?

Often, yes. Zoned pads can match height groups. Across many uneven components, putty or gel may reduce force and part count, but flow still needs control.

How do I choose thickness for thermal putty, gel, or liquid gap filler?

Define the bond line range set by the hardware and confirm material support. Control dispense volume, spread, voids, overflow, cure, orientation, and aged retention.

Can higher thermal conductivity compensate for a thicker gap filler?

Sometimes in a bulk calculation, but not automatically in the joint. Contact, pressure, and BLT matter. Compare impedance under similar conditions and verify device temperature.

How should gap filler thickness be validated before mass production?

Test both gap extremes with production-intent parts. Measure contact, force or strain, temperature, BLT or compression, and unit variation. Repeat key checks after relevant aging.