通信機器および5G基地局向け熱伝導パッド

サーマルパッドは、通信機器の部品から発生した熱をヒートシンク、シャーシ、または鋳造金属製の筐体へと伝達すると同時に、部品の高さ、PCBの反り、および筐体の公差によって生じる実際の隙間を埋める役割を果たします。5G基地局では、RF電力増幅器、FPGA、電源、および制御電子機器の周囲で一般的に使用されています。適切なパッドは熱を伝達しなければなりません そして 安全に圧縮し、必要な箇所に断熱を施し、屋外での使用環境に耐えうるようにする。.

一見、簡単そうに思えます。高温部分と冷たい金属の間に柔らかいものを挟み、筐体を締め付ければ、作業は完了です。しかし実際には、この接合部こそが、熱的、機械的、電気的な要件が複雑に絡み合う場所なのです。熱伝導率が非常に高いパッドであっても、厚すぎたり、硬すぎたり、あるいは想定された接触面の半分しか接触していなかったりすると、性能が著しく低下してしまう可能性があります。.

本ガイドでは、アクティブアンテナユニット、リモート無線ユニット、ベースバンド機器、通信用ルーター、スイッチ、およびエッジシステムにおいて、サーマルパッドがどのように機能するかを解説します。また、材料の選択肢、試験方法、よくある間違い、およびサプライヤーが実用的な部品を推奨するために必要な情報についても取り上げています。.

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5G通信機器において、熱管理がより困難になる理由

5G機器は、高出力のRF電子部品、デジタル処理回路、および電力変換回路をコンパクトなパッケージに集積しており、密閉された屋外用筐体内で連続運転が可能です。熱は、筐体や周囲の空気に到達するまでに、いくつかの熱伝導効率の低い界面を通過しなければなりません。集積度が高まると電気的経路は短くなりますが、その一方で熱が集中し、ファンや大型のヒートシンク、あるいは十分な機械的クリアランスを確保するスペースが狭まってしまいます。.

アクティブアンテナユニット（AAU）は、従来のアーキテクチャではしばしば別々に扱われていたアンテナ素子と無線機能を統合したものです。リモート無線ユニット（RRU）は、耐候性のあるアルミニウム製筐体内に、電力増幅器、フィルタ、トランシーバー、FPGA、DC-DCコンバータ、および制御ボードを内蔵している場合があります。 スモールセルやエッジゲートウェイでは、より小規模な範囲で同様の問題が生じます。つまり、処理負荷は大きいものの、空きスペースがほとんどないという状況です。.

熱に関する課題は、たいてい単一のチップが熱くなることだけではありません。それは一連の連鎖なのです：

1. 熱は半導体接合部およびパッケージから放出される。.
2. はんだ層、基板層、またはパッケージ接合層を貫通します。.
3. それは、サーマルパッドやその他の界面材料を通って伝導されます。.
4. それは、冷却プレート、ヒートシンク、あるいは筐体の壁へと広がっていきます。.
5. 最終的には、自然対流や放射、あるいは室内設備による強制送風によって、屋外空気へと排出されます。.

各接続箇所は熱抵抗を増大させます。接続部の強度が不十分な場合、外部ヒートシンクが頑丈に見えても、部品のケース温度が上昇する可能性があります。.

屋外設置では、さらに別の課題が生じます。筐体は、直射日光、低温起動、風、湿度、結露、ほこり、塩分を含んだ空気、あるいは急激な負荷変動にさらされる可能性があります。電子機器は内部から熱を帯びる一方で、外部からは気象条件による影響が加わります。これは、誰かが窓を何度も開け閉めしている中で、キッチンのオーブンの温度を一定に保とうとするようなものです。.

その ETSI環境工学委員会 通信センター、街頭キャビネット、電柱設置型機器、および耐候性のない設置場所などにおける通信機器の環境条件を分類する。これらの分類は、機器の試験計画を策定する際に役立つ。ただし、それだけでは特定のパッドが適していることを証明するものではない。実際の組み立てにおいて、その材料の妥当性を検証する必要がある。.

5G基地局におけるサーマルパッドの使用箇所

サーマルパッドは、発熱部品と冷却面との間に測定可能な隙間や変動する隙間がある場合に最も有用です。その柔らかさにより、表面の凹凸や部品の高さのばらつきに順応することができます。 通信機器において、冷却面は、多くの場合、アルミダイカスト製筐体の内壁、機械加工されたヒートスプレッダー、EMIシールド、あるいは専用のヒートシンクなどです。.

RF電力増幅器およびフロントエンドモジュール

RF電力増幅器は、多くの無線機器において主要な発熱源となっています。その電気効率は100％ではないため、入力電力の一部がアンテナ経路付近で熱として放出されます。 アンプのパッケージ、ローカルスプレッダー、またはPCB領域と無線機器の筐体との間を、パッドで接続する場合があります。設計においては、基板を曲げたり、はんだ接合部に過大な負荷をかけたりすることなく、ボンディングラインの厚さと圧力を適切に制御する必要があります。.

パワーアンプの場合、データシートに記載されている最大のW/mK値よりも、設置時の熱インピーダンスが低いことの方が重要な場合が多い。わずかに熱伝導率が低いパッドであっても、圧縮されて薄く均一な接触層を形成できれば、最も高い部分だけを架橋する硬くて熱伝導率の高いパッドよりも優れた性能を発揮する可能性がある。.

FPGA、ASIC、およびベースバンド・プロセッサ

FPGAや特定用途向けプロセッサは、ビームフォーミング、符号化、パケット処理、および制御タスクを処理します。これらのパッケージは、隣接するメモリや電源デバイスとは高さが異なる場合があります。圧縮パターンが確認されていれば、特注のダイカットパッドを用いて、1つのデバイスを冷却したり、複数のデバイスをまとめて冷却したりすることができます。.

大型のパッケージには、特に細心の注意を払う必要があります。力を入れすぎると、PCBが反ったり、BGAパッケージの下のストレスボールに負荷がかかったり、筐体が歪んだりすることがあります。基板上の隙間が場所によって大きく異なる場合、全体に1枚の非常に硬いシートを被せるのは、通常、賢明な手抜きとは言えません。.

DC-DCコンバータおよびパワーモジュール

電源装置では、スイッチング素子、磁気部品、整流器、および制御ICで発熱が生じます。電気絶縁性のあるサーマルパッドを使用することで、必要な電圧絶縁を維持しつつ、その熱を金属製の筐体へ伝達することができます。電気的要件は、パッドの厚さだけから推測するのではなく、システムの要件として明記する必要があります。.

フィルター、RFシールド、および関連電子部品

すべてのインターフェースがチップからヒートシンクへの直接接続であるとは限りません。パッドを介して、金属製のシールド、フィルターハウジング、コントローラ基板、あるいは局所的な放熱板がメイン筐体に接続されている場合もあります。これらの箇所は、パワーアンプよりも温度が低い場合がありますが、隙間が広かったり、表面の凹凸が大きかったりすることがあります。.

ルーター、スイッチ、光伝送装置、エッジ機器

通信用サーマルパッドは、屋内ネットワーク機器、光モジュール、産業用ゲートウェイ、顧客宅内機器、および屋外用5Gルーターにも使用されています。 熱経路は、プロセッサ、PHYデバイス、光トランシーバー、PoE（Power over Ethernet）回路、またはSSDをシャーシに接続する役割を果たします。屋内では気流による冷却が一般的ですが、優れた熱伝導性により、局所的な高温箇所を防ぎ、ファンの回転数が不必要に上昇するのを抑えることができます。.

「サーマルパッド」とは、一体何なのでしょうか？

サーマルパッドとは、機械的接合部における断熱空気層に代わるものとして設計された、柔軟性のある固体状の熱伝導材です。シート、ロール、または型抜き部品として供給され、通常は組み立て時に圧縮されます。サーマルグリースとは異なり、自由に流動することはありません。また、構造用接着剤とは異なり、通常は取り外し可能であることが意図されており、主要な機械的荷重を支えることはありません。.

従来のギャップパッドの多くは、熱伝導性粒子を充填したポリマーバインダーを使用しています。充填材は熱伝導経路を形成し、ポリマーは柔軟性、電気的特性、および加工性を提供します。取り扱い性を向上させるために、補強材、ライナー、粘着性表面、またはガラス繊維キャリアが追加される場合があります。.

ここで、明確にしておくべき用語上の誤解があります。PCB設計者もまた、この用語を 熱伝導パッド ICパッケージの下にある露出している銅ランドのことである。この銅の構造は、圧縮可能な熱伝導パッドとは異なる。本記事において、「熱伝導パッド」とは、部品や基板と冷却面の間に配置される柔らかい材料を指す。.

平易な言葉で書かれた入門記事については、以下を参照してください。 サーマルパッドとは何ですか？. グリース、ゲル、隙間充填材、相変化材料など、より幅広い製品群については、こちらをご覧ください 熱伝導材料.

実際にパフォーマンスを左右する仕様

通信用熱伝導パッドの実用的な性能は、データシート上の単一の数値ではなく、組み立てられた状態のインターフェース全体によって決まります。熱伝導率、厚さ、接触抵抗、圧縮、硬度、表面平坦度、および経年変化がすべて相互に影響し合っています。エンジニアは、実際の設置環境を想定した条件下で材料を比較し、その後、ハードウェアまたは代表的な治具を用いて性能を確認する必要があります。.

熱伝導率は、その一部に過ぎない

W/mK で表される熱伝導率は、所定の試験方法に基づく材料の特性を示すものです。これは配合の比較に役立ちますが、完成した接合部における総温度低下量を示すものではありません。.

この単純化されたバルク関係は次のとおりです：

R = t / (k × A)

where R は体積熱抵抗であり、, t は厚さであり、, k は熱伝導率であり、 A が接触面積です。実際のインターフェースでは、両表面における接触抵抗も考慮する必要があります。そのため、導電率の高い厚いパッドであっても、より薄く、曲面への追従性に優れた選択肢よりも熱抵抗が大きくなる場合があります。.

読む TIM選定における熱伝導率と熱インピーダンスの関係 そして W/mKの値が高いからといって、必ずしも冷却性能が優れているとは限らない理由 より詳しい説明については。.

厚さは公差の積み重ね分をカバーしなければならない

公称クリアランスだけでは不十分です。部品の高さ公差、PCBの厚みと反り、はんだのばらつき、筐体の平坦度、締結部品の位置、および組み立て時の動きなどを考慮する必要があります。その結果、最小、公称、および最大の動作クリアランスが導き出されます。.

選定したパッドは、最大ギャップでも確実に接触し、かつ最小ギャップでも安全限界を超えて押しつぶされないものでなければなりません。「万が一に備えて」余分に厚みのあるものを選定すると、熱抵抗や組立荷重が増加する可能性があります。また、それは制御されていない機械設計を隠してしまうことにもなりかねません。.

Haktakのガイド： サーマルパッドの厚さの選定 そして、その サーマルパッドの厚さ公差ガイド この計算について、さらに詳しく解説します。.

圧縮制御：接触と力

圧縮により、パッドが接合面に密着しやすくなり、界面から空気が押し出されます。圧縮が不十分だと、接触が不完全になる可能性があります。逆に圧縮が強すぎると、大きな力が生じ、材料が横方向に押しつぶされたり、繊細な部品が損傷したり、永久歪みが加速したりする恐れがあります。.

圧縮比は通常、次のように表されます：

圧縮率（%）＝（元の厚さ – 設置後の厚さ）÷ 元の厚さ × 100

すべてのパッドに共通する「最適な」割合というものは存在しません。適切な範囲は、材料の応力-ひずみ特性、作動ギャップ、およびアセンブリの許容荷重によって決まります。参照： サーマルパッドの圧縮率：どの程度が適切か？ そして 圧縮がサーマルパッドの性能に与える影響.

硬度は組立応力とは等しくない

硬度は、柔らかい材料と硬い材料を区別するのに役立ちますが、直接的な力の計算にはなりません。硬度が似た2つのパッドでも、圧縮曲線が異なる場合があります。AAUの接触面積が大きい場合、わずかな圧力でも広い面積と掛け合わされると、かなりの総力となります。.

想定される厚さと温度における圧縮-たわみデータ、あるいは応力-ひずみデータを請求してください。その後、実際のパッド面積にかかる荷重を見積もります。以下の比較では、 ソフトタイプとハードタイプのサーマルパッド 実用的な出発点となります。.

電気絶縁は慎重に行う必要がある

多くのシリコーン製ギャップパッドは電気絶縁性がありますが、すべての熱伝導材料がそうであるとは限りません。グラファイト、金属充填製品、および一部の特殊なソリューションは、導電性を持つ場合があります。パッドが通電中の導体と交差する場合や、高電圧の電力変換装置の近くに配置される場合は、システムレベルで絶縁耐力、定格電圧、沿面距離、空気距離、および貫通リスクを定義する必要があります。.

IEC 60243-1 電力周波数における固体絶縁材料の絶縁耐力試験方法について解説しています。材料試験の結果は有用な証拠となりますが、絶縁設計や製品全体の安全性評価に代わるものではありません。Haktak社の記事「 電気絶縁性のある熱伝導パッド このプロパティが重要になる場合について説明しています。.

熱インピーダンスは試験条件に合致している必要がある

熱インピーダンスまたは熱抵抗のデータは、厚さ、圧力、温度、および試験方法と併せて参照する必要があります。. ASTM D5470 これは、熱伝導性電気絶縁材料の熱伝達特性を測定するために広く参照されている方法である。異なる固定具や条件下で得られた結果を、完全に互換性があるものとして扱うべきではない。.

通信機器や5Gハードウェアに適した熱伝導パッドの素材はどれか？

「5G用サーマルパッド」に、単一の化学組成というものは存在しません。最適な材料は、熱負荷、ギャップ範囲、電気的要件、汚染に対する感受性、温度、RF設計、および組立プロセスによって異なります。シリコーンパッドは、柔らかさと安定性のバランスが取れているため広く使用されていますが、シリコーンフリー、グラファイト、強化型、多機能型の材料は、より限定的な課題を解決するために用いられます。.

シリコン製熱伝導パッド

シリコン製熱伝導パッド シリコーンエラストマーは、幅広い使用条件において柔軟性を維持でき、さまざまな導電性や硬度レベルに合わせて配合が容易であるため、隙間充填材として広く使用されています。粘着性のあるもの、粘着性のないもの、補強されたもの、あるいは型抜き加工されたものなど、さまざまな形態で提供されています。.

その適合性は、依然として周辺システムによって異なります。一部の光学系、リレー、コーティング、あるいは清浄表面を要する用途では、揮発性シロキサンやシリコーン含有材料の使用が制限される場合があります。すべての通信製品にそのような制限があるとは決めつけず、早い段階で確認してください。認定後にその事実が判明すると、大変な事態になります。.

シリコーン不使用の熱伝導パッド

シリコーン不使用の熱伝導パッド シリコーンオイル、シロキサンの移行、光学的な曇り、塗料の密着性、接着性、あるいは顧客の材料に関する方針が懸念材料となる場合に考慮されます。「シリコーンフリー」という表現は、明確な定義と試験要件と結びつける必要があります。これは必ずしも低アウトガス性を意味するわけではなく、また、低アウトガス性であるからといって、必ずしもシリコーンフリーであるとは限りません。.

ブログ記事 非シリコーン系熱伝導材料の理解 そして 低アウトガス性熱材料とは何か？ これらの用語を区別するのに役立ちます。.

グラファイト製熱伝導パッドおよびヒートスプレッダー

グラファイト製熱伝導パッド 平面内での強力な熱拡散が可能であり、コンパクトな発熱箇所から熱を逃がすのに有用です。しかし、グラファイトは一般的に導電性があり、方向性を持つ異方性材料です。絶縁処理、エッジ保護、または積層処理が必要となる場合があり、厚くて柔らかいギャップパッドのそのままの代替品として扱うべきではありません。.

フッ素シリコーンおよび耐薬品性オプション

フルオロシリコーン製熱伝導パッド 燃料、油、または腐食性の強い化学物質によって適合性の懸念が生じる場合、本製品の採用を検討することができます。これは、通信機器用の標準的な材料というよりは、特殊な用途向けの選択肢です。化学物質への曝露、熱的性能、および圧縮挙動については、併せて試験を行う必要があります。.

強化断熱布および断熱シート

耐熱シリコンクロス また、その他の補強断熱材は、接着層の薄さ、耐穿刺性、取り扱いの容易さといった利点があります。これらは、接合面が比較的平坦で、必要な隙間充填量がそれほど多くない場合に有用です。より大きく不均一な隙間については、弾性パッドや塗布可能な充填材の方が、機械的な適合性において適している場合が多いです。.

熱EMI吸収パッド

一部の無線機器の設計では、同一領域において熱伝達と電磁ノイズの抑制の両方が必要となる。A 熱・電磁波吸収パッド 機能を組み合わせることは可能ですが、そのRF特性は周波数や形状に依存します。RFエンジニアと連携して検討してください。熱伝導率だけでは、吸収体の性能を確認することはできません。.

サーマルパッド対ゲル、液体ギャップフィラー、グリース、および相変化材料

界面の形状、製造方法、手直し要件、および許容される組立圧力に応じて、界面の形式を選択してください。パッドを使用すると、整然とした配置と再現性の高い形状が得られます。ディスペンシング可能なゲルや液体のギャップフィラーは、低応力で複雑な地形に追従することができます。グリースは、薄くてクランプされた接合部に適しています。相変化材料は、活性化範囲に達する比較的平坦な界面で最も効果を発揮します。.

表面が平らでないPCBや壊れやすい部品が搭載されている場合、ディスペンサで塗布可能な材料を使用することで応力を低減できる可能性があります。 技術者がカバーを取り外して交換する必要がある、稼働中の無線機の場合、ダイカットパッドを使用することでメンテナンスを簡素化できます。平らなヒートシンクに固定されたパワートランジスタの場合、グリースや薄い絶縁フィルムを使用することで、接合部の厚みを薄くできる可能性があります。正解は製品ラベルではなく、接合部そのものによって決まります。.

材料の選定に影響を与える屋外通信環境

屋外設置の通信機器は、高温の試験室環境以上の過酷な条件に耐えなければなりません。温度サイクルにより、ギャップの寸法が変化します。湿度や結露は絶縁性能に悪影響を及ぼします。振動や風荷重は接触圧に影響を与えます。長期にわたる圧縮により、復元力が低下する可能性があります。また、筐体は、主要な放熱体、構造フレーム、RFシールド、および耐候性バリアとしての役割を同時に果たす場合もあります。.

温度サイクルと熱膨張差

アルミニウム製ハウジング、PCB積層板、銅スプレッダー、および半導体パッケージは、それぞれ異なる速度で膨張します。熱冷サイクルが繰り返されると、界面の圧力が変化する可能性があります。室温では問題ないように見える材料でも、低温下では硬くなったり、高温に長時間さらされた後に弛緩したりすることがあります。.

該当する低温、高温、および通電状態において検証を行う。その IEC 60068シリーズ これには、低温、乾燥熱、温度変化、振動、および湿熱に関する環境試験方法が含まれています。例えば、IECでは、高湿度下での温度変化や結露を伴う条件下で機器を評価する方法として、周期的な湿熱試験が規定されています。適当な試験プロファイルを流用するのではなく、機器の要件に基づいて適切な試験方法と試験条件を選択してください。.

湿度、結露、および漏電

密閉型ハウジングは、水の直接的な侵入を防ぐことができますが、内部が確実に乾燥していることを保証するものではありません。組み立て時に湿気が閉じ込められたり、使用中に湿気が侵入したり、温度変化によって結露が発生したりする可能性があります。パッドが湿気を吸収していないか、表面の電気的安定性が保たれているか、また結露によって材料の周囲に漏電経路が生じないかを確認してください。.

このパッドは、筐体の密閉性を代替するものではありません。また、IP等級はサーマルパッドの性能を示すものでもありません。これらは設計上の別々の層です。.

振動、衝撃および長期圧縮

ポールに取り付けられた無線機、屋上設置型ユニット、および輸送用通信機器は、振動にさらされます。パッドは、破れたりずれたりすることなく、所定の位置に留まり、接触状態を維持する必要があります。仮止めは組み立てに役立ちますが、仮止めの強さが必ずしも良いとは限りません。強すぎると、手直しが難しくなったり、壊れやすい部品に引っ張りの力が加わったりする恐れがあります。.

24時間365日稼働する機器においては、圧縮永久歪みに注意を払う必要があります。パッドが経年劣化により厚みを恒久的に失うと、接触圧力が低下する可能性があります。未使用の試料の外観だけでなく、経年経過後の熱的性能と機械的回復性も評価してください。.

可燃物および使用制限物質

プロジェクトによっては、UL 94などの難燃性分類が求められる場合があります。. ULソリューションズ UL 94では、指定された小規模試験の下でプラスチック材料がどのように燃焼するかを比較していると説明されています。評価の対象となる正確な材料構成と厚さを確認してください。証拠がない限り、試験されていない積層材や厚さに対してその分類を拡大適用してはなりません。.

EU向けの場合、材料宣言が必要となる場合もあります RoHS指令, 、REACHに関する情報開示や顧客が定める使用制限物質リストなど。コンプライアンス関連文書は調達活動を支えるものではありますが、熱的信頼性を保証するものではありません。.

通信用サーマルパッドの実用的な選定プロセス

信頼性の高い選定プロセスは、導電率の目標値ではなく、アセンブリから始まります。熱源、冷却面、公差の積み上げ、許容荷重、電気的境界、および環境条件を定義します。その後、材料を選定し、界面のモデルを作成し、代表的な試作サンプルを作成し、現実的な電力および環境条件下でユニット全体の検証を行います。.

ステップ1：すべての熱源と冷却経路を把握する

伝熱経路を必要とするパワーアンプ、FPGA、プロセッサ、コンバータ、メモリ、その他のデバイスをリストアップしてください。推定損失、最大筐体温度または接合部温度、および冷却対象となる表面の温度を記録してください。隣接するコンポーネント同士が互いに温度を上昇させる可能性があるため、共有されるヒートスプレッダーには印を付けてください。.

手順 2：最小、公称、および最大の隙間を測定する

図面および実際の組立品を使用してください。パッケージの高さ、はんだ、基板のたわみ、スタンドオフ、筐体の平坦度、ガスケットの圧縮、および締結部品の公差を含めてください。試作品が存在する場合は、複数のユニットを測定してください。1つの「ゴールデンサンプル」だけでは、公差調査とはみなされません。.

ステップ3：機械的リミットを設定する

パッケージ、はんだ接合部、PCB、コネクタ、および筐体が耐えられる圧力を特定します。パッドにかかる圧力を面積で乗算して、総力を推定します。背の高いデバイスや基板の支持部の周囲における局所的な力分布を確認します。.

ステップ4：熱的および電気的目標を定義する

各界面における許容温度上昇を推定してください。電気絶縁が必須であるかどうかを明記し、電圧、試験方法、および安全アーキテクチャを定義してください。「高誘電率」といった曖昧な要求は避けてください。数値や条件を明記した方がより有用です。.

ステップ 5：マテリアルファミリーを絞り込む

シリコン、シリコンフリー、補強材入り、グラファイト、多機能素材の中から選択してください。その後、導電率、厚さごとのインピーダンス、圧縮特性曲線、動作範囲、および環境データを比較してください。設計がまだ流動的な段階では、複数の候補を絞り込んでおいてください。.

ステップ 6：実製品と同等の形状を用いたプロトタイプ作成

所定のダイカット形状、ライナー、および配置手順に従ってください。小さな試験用クーポンでは、取り扱い上の問題、気泡の混入、あるいはエッジの干渉が確認できない場合があります。感圧フィルム、目印、または制御された分解を行うことで、接触範囲の確認に役立ちます。.

手順 7：通電状態の組立品をテストする

代表的な負荷条件下で、コンポーネントの筐体や接合部のインジケーター、筐体温度、および周囲環境を測定する。必要に応じて、最悪ケースの気流、日射の想定、または筐体の向きも考慮に入れる。熱画像は全体的な傾向の把握に有用であり、一方、熱電対や校正済みのセンサーは点測定を行うのに適している。.

ステップ8：熟成と再試験

当該製品に必要な環境試験を実施した後、熱測定を繰り返し、界面を点検してください。接触不良、ひび割れ、クリープ、汚染、腐食、ライナーの誤り、および修正が困難な箇所がないか確認してください。.

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5Gおよび通信機器の設計における熱伝導パッドのよくある間違い

現場で発生する問題の多くは、些細な仮定から始まります。例えば、ギャップを単一の固定値として扱ったり、硬度を確認せずにW/mK値の高いグレードを選定したり、最初のサンプルが薄すぎるという理由でパッドを重ねたりといったことです。こうした手抜きは、部分的な接触、基板への過度な応力、インピーダンスの不安定化、あるいは組み立ての不均一といった問題を引き起こす可能性があります。.

W/mK のみによる選定

データシートの見出しは比較しやすいので、チームによってはそこで比較を終わらせてしまうことがあります。そうしてはいけません。積層厚、熱インピーダンス、接触特性、経年変化の状態を比較してください。材料の特性だけでは、完成した熱伝達経路とはなりません。.

厚すぎるパッドの使用

パッドを厚くすると安全に見えるかもしれませんが、導通距離が長くなります。また、パッドが硬い場合、組み立てに要する力も増大します。不確実性を非常に厚いパッドで覆い隠すのではなく、公差モデルを適切に設定してください。.

複数のパッドを積み重ねる

積層を行うと内部インターフェースが生じ、位置合わせが難しくなり、予期せぬ変形を引き起こす可能性があります。通常は、適切なサイズのパッドを1つ使用するか、液体によるギャップ充填を行う方が望ましいです。積層は、管理された一時的な実験においては許容される場合もありますが、黙って量産設計として採用されるべきではありません。.

住宅市場の横ばい傾向を無視する

大型の鋳造面は完全に平坦ではありません。リブ、加工痕、コーティング、および締結部品の配置が接触状態に影響を与えます。実際のハウジングを点検し、積層設計に平坦度を考慮に入れてください。.

タックを熱性能として扱う

表面の粘着性は、組み立て時にダイカット部品が所定の位置に固定されるのに役立ちます。ただし、熱抵抗が低いことを保証するものではありません。また、接着剤の層が厚すぎると界面特性が変化する可能性があるため、試験済みの構造と納入される構造がどのように一致しているかを確認してください。.

損傷を確認せずにパッドを再利用すること

筐体を開けた際、パッドが破れたり、永久的な変形が生じたり、異物が混入したりする可能性があります。現場でのメンテナンスで再使用が必要な場合は、点検および交換のルールを定めてください。多くの場合、サービスキットに交換用パッドを同梱しておくのが最も確実な方法です。.

Haktakが通信機器用のサーマルパッドをどのようにカスタマイズできるか

特注の熱伝導パッドは、素材のシートを量産可能な部品へと変えます。形状、厚さ、粘着性、補強材、ライナー、配向、ラベル表示、および梱包は、いずれも組立歩留まりに影響を及ぼす可能性があります。最適な図面では、コストを増大させるだけで機能の向上につながらない公差を追加することなく、重要な特性を適切に管理します。.

Haktakは以下の内容について話し合うことができます：

• シート、ロール、および特注の型抜き形状。.
• コネクタ、締結部品、構成部品、および気流経路用の開口部。.
• 1つのアセンブリ内に複数の厚さや材料グループが含まれる場合。.
• 片面または両面が粘着性のあるもの、あるいは粘着性のない取り扱い面。.
• 大型、薄型、または繊細な形状の補強。.
• オペレーターが配置しやすいように、プルタブと分割ライナーが付いています。.
• 繰り返し生産時の取り扱いを容易にするため、キャリア上にキスカットされた部品。.
• 試作数量に続き、量産分の供給を行います。.
• 部品の識別、ロットの追跡、および梱包の向き。.

その カスタム素材の開発 このプロセスは、標準グレードでは導電性、柔らかさ、絶縁性、および環境要件のバランスが取れない場合に役立ちます。カスタマイズを行う際も、やはり測定可能な設計要件から始めるべきです。「もっと柔らかく、涼しくしてほしい」という要望は理解できますが、許容範囲や負荷制限を明確にすることで、プロジェクトをより迅速に進めることができます。.

品質管理、包装、入荷検査

通信機器の製造プログラムでは、単一の印象的なサンプルではなく、ロット間で再現性のある部品が求められます。品質計画では、原材料、加工後の寸法、完成品の取り扱いなどを、組み立てに影響を与える特性と関連付ける必要があります。厚さ、ダイカット形状、外観状態、ライナーの向き、ロット識別などは、一般的な検査項目です。.

サプライヤーに、以下の管理方法を尋ねてください：

• 材料の特定およびロットの追跡可能性。.
• 厚さおよび厚さの許容差。.
• 型抜き後の長さ、幅、穴の位置、およびエッジの仕上げ。.
• 表面の汚れ、破れ、折り目、および付着した異物。.
• ライナーの種類、開封方向、プルタブの位置。.
• タックの向きと露出面。.
• 梱包数量、仕切りシート、および必要に応じて防湿対策。.
• 製剤、担体、ライナー、または工程の変更に関する変更通知。.

入荷検査では、リスクに関連する特性に重点を置くべきです。重要でない隅々まで測定しても時間の無駄になる一方で、ライナーの向きを見落とすと生産ラインが停止してしまう可能性があります。初回品検査報告書、図面審査、および承認済みサンプルにより、双方にとっての期待事項がより明確になります。.

出荷の際、大型のソフトパッドは、伸びたりシワが寄ったりしないよう、適切な支えが必要です。小型のダイカット部品は、実装方法に応じてシート状またはリール状で供給されます。梱包ラベルは、お客様の部品番号、ロット、およびリビジョン規定に準拠している必要があります。自動実装を予定している場合は、ダイカットのレイアウトが確定する前に、その旨を相談してください。.

サプライヤーと協議すべき規格および試験方法

規格は試験を行うための標準的な表現を提供しますが、パッドの選定まで行ってくれるわけではありません。機器プログラムで要求されている方法に従い、正確な状態を記録し、同等の条件同士を比較してください。通信機器の認定試験では、通常、材料データに加え、完成品に対する熱的、電気的、機械的、および環境試験が組み合わされます。.

試験方法は進化しています。例えば、IECのウェブサイトでは、新しい版が古い版に取って代わっていることが示されている場合があります。常に、顧客または認証担当チームに、現在の改訂版および契約で要求されている版を確認してください。.

Haktakによる概要 一般的なTIM試験基準 およびガイド 熱伝導率の測定 さらなる背景情報を提供してください。.

現実的なAAU選抜の例

RF電力増幅器領域とFPGAが同一基板上に搭載された屋外用AAUを想定する。両者とも、鋳造アルミニウム製リアハウジングに熱を伝達する必要がある。増幅器部分の隙間は小さいが、熱流束は高い。 FPGAのクリアランスはより広く、パッケージの許容圧縮荷重も低くなっています。両領域に同じパッドグレードを採用するのは一見便利に見えますが、実際には不適切な妥協案となる可能性があります。.

実用的なエンジニアリングの手順としては、次のようなものが考えられます：

1. 複数の筐体および実装済みの基板について、各隙間の寸法を測定してください。.
2. 各パッケージから筐体への許容温度上昇量を推定してください。.
3. アンプ領域とFPGA領域ごとに、それぞれ個別の力制限を設定してください。.
4. 2種類のパッドの厚さ、またはパッドとジェルの組み合わせをモデル化します。.
5. 量産品と同様のライナーや配置用ガイドを備えた、ダイカット部品の試作品。.
6. 所定の順序でカバーを固定した後、接続状態を確認してください。.
7. 適切な周囲環境条件下で、動力駆動による熱試験を実施する。.
8. 温度サイクル試験、湿熱試験、振動試験、その他必要な機器試験をすべて実施する。.
9. エージング終了後、温度を再確認し、接続部を点検してください。.

その答えとしては、アンプの上には薄くて高性能なパッドを、FPGAの上には柔らかくて厚みのある素材を配置するのが妥当かもしれません。また、フラットインターフェース用のパッドと、不要な 熱伝導性ギャップフィラー 変動の大きい領域において。重要なのは、正確な組み合わせそのものではありません。重要なのは、1つの筐体内の2つの熱源が、それぞれ異なる機械的要件を持つ可能性があるということです。.

誠実なサプライヤーであれば、図面だけを見て温度低減を約束することはできません。材料データによって候補を絞り込むことはできますが、最終的には実物組立による検証で結果が確定します。.

通信用サーマルパッドの調達チェックリスト

購入担当者は、「最高の5G用サーマルパッド」と単に依頼するのではなく、簡潔な提案資料を送付することで、技術審査のスピードアップを図ることができます。サプライヤーとしては、見栄えの良いデータシートに載っている製品と、実際に候補となり得る製品を見分けるために、十分な詳細情報が必要です。.

見積依頼には、以下の項目を含めてください：

• 機器の種類：AAU、RRU、BBU、スモールセル、ルーター、スイッチ、ゲートウェイ、または光通信システム。.
• 熱源と推定放熱量。.
• 冷却面の材質と表面仕上げ。.
• 最小、公称、および最大のギャップ。.
• パッドの長さ、幅、穴の位置、および重要公差。.
• 部品、プリント基板、または筐体の最大許容負荷。.
• 目標となるケース温度、接合部温度、またはインターフェース温度。.
• 電気絶縁および電圧に関する要件。.
• 動作温度および保管温度の範囲。.
• 屋外、湿度、結露、振動、または化学物質への曝露。.
• シリコーンの制限、アウトガス、あるいは光学的な適合性の要件。.
• 難燃性、RoHS、REACH、または顧客文書における要件。.
• タック、ライナー、プルタブ、および配置に関する好み。.
• 試作数量、年間生産量、および生産拠点。.
• 必要な試験報告書、トレーサビリティ、および変更管理に関する要件。.

データシート、図面の確認、および代表的なサンプルの提供を依頼してください。類似した材料が複数ある場合は、そのうち2つを試験してください。2つ目の試作にかかる費用は、金型製作や認証後に力や温度に関する問題が発覚した場合に比べれば、通常はごくわずかです。.

準備完了 デザインを確認するには？Haktakへのお問い合わせ 通信機器および5G機器向けのサンプル、データシート、またはカスタムダイカットに関するご提案をご希望の場合は、お問い合わせください。.

通信機器および5G機器用サーマルパッドに関するよくある質問

1. 5G基地局用の熱伝導パッドには、どのような熱伝導率が最適ですか？

「普遍的に最良の値」というものはありません。導電率を、設置厚さ、熱インピーダンス、接触圧力、許容荷重と併せて選定してください。完全に接触する柔軟なパッドは、公表されているW/mK値が高い硬い材料よりも優れた性能を発揮する場合があります。熱シミュレーションを用いて候補を絞り込んだ後、通電状態のアセンブリをテストしてください。.

2. AAUやRRUでは、サーマルパッドはどこに配置されますか？

代表的な設置箇所としては、RF電力増幅器、FPGA、ASIC、プロセッサ、DC-DCコンバータ、メモリ、RFシールド、フィルタなどが挙げられます。このパッドは通常、部品、ローカルスプレッダー、またはPCB領域を、鋳造アルミニウム製の筐体、ヒートシンク、またはコールドプレートに接続する役割を果たします。.

3. 熱伝導パッドは電気絶縁性がありますか？

シリコーンやセラミックを充填したギャップパッドの多くは電気絶縁性がありますが、すべてのサーマルパッドがそうであるとは限りません。グラファイトや一部の特殊材料は導電性があります。選定にあたっては、誘電特性データ、厚さ、およびシステムレベルの絶縁要件を確認してください。.

4. 通信機器用の熱伝導パッドの厚さはどれくらいが適切ですか？

厚さは、単一のプロトタイプではなく、組み立て時の最小、公称、および最大の隙間から選定してください。パッドは、最大の隙間でも接触し、最小の隙間でも安全な圧縮範囲内に収まる必要があります。厚さを増すと、通常、熱抵抗と力が大きくなります。.

5. 熱伝導パッドはどの程度圧縮すべきですか？

サプライヤーが提供する圧縮・たわみデータおよび組立荷重制限値を活用してください。適切な比率は、配合、厚さ、面積、温度によって異なります。接触を確保するには十分な圧縮が必要ですが、過度な圧縮はPCB、パッケージ、またはハウジングにストレスを与える可能性があります。.

6. 隙間を埋めるために、サーマルパッドを2枚重ねて使用することはできますか？

通常は、適切なサイズのパッドを1枚使用するか、使い捨てのギャップフィラーを使用するのが望ましいです。重ね合わせると新たな界面が生じ、滑りや不均一な変形を引き起こす可能性があります。一時的な試験として重ね合わせを検討する場合は、慎重に検証を行い、これを量産時の標準的な解決策として扱わないようにしてください。.

7. 5Gルーターや無線機器は、なぜ熱くなると速度が低下するのですか？

プロセッサや無線機器は、内部温度が保護閾値に達すると、クロック速度、出力電力、または処理負荷を低下させることがあります。このサーマルスロットリングは、損傷を防ぐのに役立ちますが、パフォーマンスを低下させます。より優れた熱伝導経路が有効となるのは、外部筐体やヒートシンクが、増加した熱を適切に放散できる場合に限られます。.

8. ベースステーションでは、サーマルパッドはサーマルペーストよりも優れているのでしょうか？

測定可能な隙間がある場合や、きれいな組み立て、再現性の高いダイカット配置には、パッドの方が適しています。非常に薄く、しっかりと固定された接合部には、ペーストやグリースの方が適しています。グリースでは大きな隙間を確実に埋めることはできませんが、厚いパッドはほぼ平らな接合部では非効率的です。.

9. パッドの代わりに液体充填材を使用すべき場合はいつですか？

ギャップのばらつきが大きい場合、基板の形状が複雑な場合、部品が機械的に壊れやすい場合、あるいは自動ディスペンシングに工程上の利点がある場合は、液体ギャップフィラーまたはゲルを使用してください。フォーマットを変更する前に、ディスペンシング、硬化、リワーク、および検査の工程を考慮に入れてください。.

10. 屋外に設置する5G基地局には、専用の熱伝導パッドが必要ですか？

実際の屋外環境において検証済みの材料が必要です。温度サイクル、湿度、結露、振動、圧縮永久ひずみ、日射による加熱、および筐体の動きなどが、すべて重要な要素となり得ます。「屋外用」という表現は、試験プロファイルや合格基準がなければ、あまりにも曖昧すぎます。.

11. シリコーンフリーのパッドと低アウトガス性のパッドの違いは何ですか？

「シリコーンフリー」とは、特定のサプライヤーまたは顧客の基準に基づく材料の化学的性質を指します。「低アウトガス」とは、規定された試験条件下で放出される揮発性物質の量を指します。ある製品が一方の要件を満たしても、もう一方の要件を自動的に満たすとは限りません。まず、汚染リスクを明確に定義してください。.

12. 熱伝導パッドはEMIも低減できますか？

標準的なギャップパッドは、必ずしもEMI吸収材とは限りません。専用の熱吸収パッドは、熱伝導性と電磁波吸収特性を兼ね備えていますが、その性能は周波数、厚さ、設置位置、およびシステムの形状によって異なります。熱設計チームとRF設計チームが共同で検証を行う必要があります。.

13. 通信用サーマルパッドを承認する前に、どのような試験を実施すべきか？

少なくとも、寸法適合性、接触範囲、組立力、および通電時の熱性能を確認してください。さらに、機器の要件や設置環境に応じて、誘電試験、温度サイクル試験、湿熱試験、振動試験、熱老化試験、圧縮永久ひずみ試験、可燃性試験、または化学試験を追加してください。.

14. 通信用エンクロージャーを開封した後、サーマルパッドは再利用できますか？

場合によっては可能ですが、それは材料およびサービス手順で認められている場合に限ります。破れ、永久歪み、汚染、位置ずれ、および粘着力の低下がないか点検してください。現場での信頼性の高いサービスを行うため、多くのメーカーは新しいパッドを指定し、それを修理キットに同梱しています。.

15. Haktakがサーマルパッドを推奨するには、どのような情報が必要ですか？

熱源、冷却面、パッド面積、最小および最大ギャップ、圧力制限、熱的目標、電気的要件、動作環境、図面、希望するライナーまたはタック、および予想生産数量をお送りください。設計の初期段階では、写真や簡単な積層図が参考になります。.