サーマルグリース vs サーマルパッド：2024年版エンジニアリング選定ガイド
直接回答：サーマルグリース vs サーマルパッド
ほとんどの精密電子機器アプリケーションにおいて、サーマルグリース（ペースト）は優れた熱伝導率（5〜8 W/mK、パッドは1〜6 W/mK）、低い熱抵抗（0.01〜0.05 °C·cm²/W、パッドは0.5〜5.0 °C·cm²/W）、そして高温下での優れた長期信頼性を提供します。しかし、再作業性、耐振動性、または塗布装置なしで0.5〜5.0 mmのギャップ充填能力が必要な場合は、サーマルパッドが正しい選択です。あなたの決定は、熱流束密度（W/cm²）、機械設計上の制約、生産量の3つの要素にかかっています。
熱伝導率と熱抵抗の比較
主要な性能指標は、バルク熱伝導率ではなく、界面での熱インピーダンスです。信越X-23-7783Dなどの工業用グレードのサーマルグリースは、適切に塗布された場合、ボンドライン厚（BLT）わずか25〜50 µmで6.0 W/mKを達成します。対照的に、1.0 mmのサーマルパッド（例：Bergquist Gap Pad 5000S35）は5.0 W/mKを提供しますが、その厚さにより10〜20倍の抵抗をもたらします。
BQUQ熱実験室での熱抵抗データ（ASTM D5470試験、50 psi、25°C）： - サーマルグリース（0.05 mm BLT）：0.02 °C·cm²/W - サーマルパッド 0.5 mm（35 Shore 00）：0.8 °C·cm²/W - サーマルパッド 1.0 mm（35 Shore 00）：1.6 °C·cm²/W - サーマルパッド 2.0 mm（20 Shore 00）：4.2 °C·cm²/W
典型的なCPU熱流束1.5 W/cm²では、グリースは界面全体で0.03°Cの温度降下をもたらしますが、1.0 mmパッドでは2.4°Cになります。この差は、総消費電力が100 Wを超えると重要になります。
適用シナリオと機械的制約
サーマルグリースは、制御されたクランプ圧力（15〜40 psi）と25 mmあたり0.025 mm（0.001インチ）以内の平坦度を持つ剛性の取り付け構造を必要とします。グリースは微細な表面凹凸（Ra 0.4〜1.6 µm）に流れ込み、完全な濡れを達成します。しかし、グリースはサーマルポンピングやドライアウトなしでは0.2 mmを超えるギャップ変動に対応できません。
サーマルパッドは以下の状況で優れています： - 部品高さ公差が±0.3 mmの積層PCB - ポンプアウトのリスクがある振動の多い環境（自動車、航空宇宙） - 分解・再組み立てが必要なフィールドサービス（パッドは損傷がなければ再利用可能） - 表面平坦度が0.1〜0.3 mmのダイカストまたはプレスエンクロージャ
BQUQで製造するCNC加工アルミニウムヒートシンク（6061-T6、平坦度0.05 mm）には、常にグリースを推奨します。プレス鋼板フレーム（SPCC、平坦度0.2 mm）には、二次フライス加工を追加しない限り、パッドが必須です。
コスト分析と生産経済性
界面面積1 cm²あたりの材料コスト（2024年価格、10,000個生産量）：
| 材料タイプ | 熱伝導率 | 厚さ | 1 cm²あたりのコスト | 塗布人件費 | 設備コスト |
| サーマルグリース（シリコーン、3.0 W/mK） | 3.0 W/mK | 0.03〜0.05 mm | $0.008〜$0.015 | $0.02〜$0.05（手作業） | $5,000〜$50,000（ディスペンサー） |
| サーマルグリース（セラミック、6.0 W/mK） | 6.0 W/mK | 0.03〜0.05 mm | $0.02〜$0.04 | $0.02〜$0.05（手作業） | $5,000〜$50,000（ディスペンサー） |
| サーマルパッド（シリコーン、3.0 W/mK） | 3.0 W/mK | 0.5 mm | $0.03〜$0.06 | $0.01〜$0.02（ピックアンドプレース） | $500（カッター） |
| サーマルパッド（セラミック充填、6.0 W/mK） | 6.0 W/mK | 1.0 mm | $0.08〜$0.15 | $0.01〜$0.02（ピックアンドプレース） | $500（カッター） |
| 相変化材料 | 4.5 W/mK | 0.03 mm | $0.02〜$0.04 | $0.02〜$0.04 | $2,000（ラミネーション） |
大量生産（年間100,000個以上）では、ユニットあたり0.5秒の自動グリースディスペンスがコスト競争力を持ちます。低量生産またはプロトタイピングでは、パッドは設備投資を排除し、組立時間を60〜80%削減します。
長期信頼性と経年劣化挙動
加速熱サイクル試験（JESD22-A104準拠、-40°C〜+125°C、1000サイクル）により、明確な故障モードが明らかになっています：
サーマルグリースの故障： - ポンプアウト：シリコーンオイルが移動し、500サイクル後に熱伝導率が20〜40%低下 - ドライアウト：揮発性溶剤が125°C以上の連続運転で蒸発 - 硬化：一部の2液性グリースが硬化し、抵抗が15%増加
高級グリース（例：信越X-23-7783D、ダウコーニングTC-5026）は低ブリードオイルを含み、85°Cで10年以上の性能を維持します。標準グリース（例：Arctic MX-4）は80°Cで8年、125°Cではわずか2年の定格です。
サーマルパッドの故障： - 圧縮永久歪み：100°C、30 psiで1000時間後にパッドが10〜25%の厚さを失い、接触圧力が低下 - 硬化：シリコーンパッドは-50°C以下で脆くなる - 層間剥離：ガラス繊維強化パッドは熱サイクル後に分離する可能性がある
パッドの信頼性は低い硬度（40 Shore 00ではなく20 Shore 00）で向上しますが、取り扱いが難しくなります。BQUQでの試験では、2.0 mmを超える厚さのパッドは、圧縮永久歪みのため80°C以上の連続使用を避けるべきです。
表面仕上げと公差要件
CNC加工面（当社標準）：Ra 0.8 µm、平坦度0.05 mm/100 mm。この表面は25〜30 µmのグリースBLTをサポートします。陽極酸化処理面（Al2O3層10〜25 µm）は熱伝導率が低く（実効1〜2 W/mK）、選択的マスキングまたはより高いクランプ圧力が必要です。
プレス金属面（SPCC、SUS304）：Ra 1.6〜3.2 µm、うねり0.1〜0.3 mm。サーマルパッドは修正なしでこの変動を吸収します。グリースを使用する場合は、部品あたり$0.50〜2.00の追加コストで二次研削またはフライカット加工を指定する必要があります。
IGBTモジュール（120x120 mm）用に機械加工するヒートシンクベースプレートでは、平坦度を全体で0.03 mmに維持し、一貫した圧力分布のためにスチールシム付きグリースを推奨します。プレスアルミ反射板を使用するLED照明アセンブリでは、常に3.0 W/mKの1.0 mmサーマルパッドを指定します。
実用的推奨事項と選択マトリックス
アプリケーションに応じて、以下のエンジニアリング決定ツリーに従ってください：
以下の場合にサーマルグリースを選択： - 熱流束が1.0 W/cm²を超える（高出力CPU、GPU、IGBT） - 動作温度が90°Cを超える連続使用 - 制御されたトルク（ネジまたはスプリングクリップ）による剛性マウントがある - 生産量が塗布装置を正当化する（年間50,000個以上） - 表面平坦度を0.1 mm未満に維持できる
以下の場合にサーマルパッドを選択： - ギャップ変動が0.3 mmを超える（積層部品、エンクロージャ） - 振動または衝撃がある（自動車、ハンドヘルドデバイス） - フィールドサービスで部品交換が必要 - 生産量が少ない、またはプロトタイピング段階 - 電気的絶縁が必要（一部のパッドは5〜10 kV/mmの絶縁耐力を提供）
以下の場合に相変化材料を選択： - グリースレベルの性能とパッドの取り扱い利便性の両方が欲しい - 動作温度が50〜70°C（PCMは45〜60°Cで溶融） - 残留物なしの再作業性が必要
自動車用パワーエレクトロニクスで最大の信頼性を求める場合：CNC加工アルミニウムヒートシンクとセラミック充填グリース（6.0 W/mK）を使用してください。サービス性要件のある民生電子機器には、プレスアルミニウムと0.5 mmシリコーンパッド（3.0 W/mK）を使用してください。
FAQ形式のエンジニアリングヒント
Q: 厚さを増やすために2枚のサーマルパッドを重ねられますか？ A: いいえ。各界面が0.5〜1.0 °C·cm²/Wの抵抗を追加します。必要な厚さの単一パッドを使用するか、スペーサーを機械加工してください。
Q: グリースはどのくらい塗布すればよいですか？ A: ダイ領域の100%を0.025〜0.050 mmの厚さで覆うことを目標にしてください。エンドウ豆大の一滴（0.03〜0.05 g）で30x30 mmのIGBTをカバーします。過剰なグリースはBLTと抵抗を増加させます。
Q: サーマルグリースの最大動作温度は？ A: 標準シリコーングリース：150°C連続。セラミック充填（例：窒化ホウ素）：200°C。200°Cを超えるとポリマー分解が急速に加速するため避けてください。
Q: サーマルパッドの剥離ライナーは取り外す必要がありますか？ A: はい。ライナーは汚染を防ぎ、表面の粘着性を維持します。組み立て直前に取り外してください。汚れたパッド表面は熱伝導率を30%低下させる可能性があります。
Q: 分解後にサーマルパッドを再利用できますか？ A: 損傷がなく、元の厚さの90%を保持している場合のみ可能です。ほとんどのパッドは永久的に圧縮されます。サービス後はパッドを交換してください。
Q: 1.0 mmパッドの最適なクランプ圧力は？ A: 10〜20 psi（0.07〜0.14 MPa）。5 psi未満では接触が不完全です。40 psiを超えると、パッドを押しつぶすかPCBを撓ませるリスクがあります。
結論と次のステップ
サーマルグリースは、要求の厳しい熱アプリケーションにおける性能面での勝者であり、パッドより50〜100倍低い界面抵抗を提供します。サーマルパッドは、組立の簡便さ、耐振動性、ギャップ吸収における実用面での勝者です。中国で製造されるほとんどの精密電子機器では、CNC加工アルミニウムヒートシンクとグリースが、1ドルあたりの最高の熱性能を提供します。プレス金属部品を使用するコスト重視の民生製品では、パッドは避けられません。
BQUQでは、最適なTIM性能に必要な平坦度と表面仕上げでヒートシンクと金属部品を機械加工しています。また、量産前に設計を検証するために、社内ラボで熱界面材料のテストも行っています。
現在の設計の無料熱解析については、CADファイルと熱要件をsc@bquq.comまでお送りください。当社のエンジニアリングチームが12時間以内に最適なTIMとヒートシンク構成を推奨します。緊急のお問い合わせは、WhatsApp +86 13713157787 または www.bquq.com から見積もりをリクエストしてください。
