サーマルペーストは何でできているのか、どのくらい塗布すべきか？
サーマルペーストは、熱界面材料（TIM）としても知られ、CPU/GPUダイとヒートシンクの間の微細な空気ギャップを埋める熱伝導性コンパウンドです。主にポリマーマトリックス（シリコーン、アクリル、またはエポキシ）にセラミック、金属、またはカーボン系粒子を充填したもので構成されています。最適な塗布量は、集積ヒートスプレッダ（IHS）の中央に置くエンドウ豆大の一滴（約0.05～0.1立方センチメートル）であり、取り付け後のボンドライン厚さは0.05～0.1ミリメートルになります。
材料構成と熱伝導率
ベース材料がペーストの取り扱い特性を決定し、充填材が熱性能を決定します。ポリマーマトリックス（通常体積比20～30%）は粘度を提供し、ポンプアウトを防ぎます。一方、導電性充填材（体積比70～80%）は熱伝達経路を提供します。
一般的な充填材とその熱伝導率： - 酸化亜鉛：25 W/mK（粒子径0.5～10マイクロメートル） - 酸化アルミニウム：30 W/mK（粒子径1～20マイクロメートル） - 窒化ホウ素：60 W/mK（六方晶結晶構造） - 銀：429 W/mK（フレーク状または球状、1～5マイクロメートル） - ダイヤモンド粉末：900～2000 W/mK（合成、0.5～2マイクロメートル） - カーボンナノチューブ：3000 W/mK（配向性はあるが分散が困難）
参考までに、空気の熱伝導率はわずか0.026 W/mKです。100WのCPUダイの下に0.05mmの空気ギャップがあると、温度が20度以上上昇する可能性があり、そのためペーストは必須です。最終的なペーストコンパウンドの実効熱伝導率は、低価格帯のセラミックペーストで1.5 W/mKから、プレミアムな液体金属合金（ガリウム・インジウム共晶合金、融点15.7度）で12.5 W/mKまでの範囲です。
粘度と粒子径の設計
粘度はセンチポアズ（cP）で測定されます。標準的なシリコーン系ペーストは、25度で200,000～350,000 cPの範囲です。高粘度ペースト（400,000 cP以上）は、高振動環境でのポンプアウトに耐えますが、より高い取り付け圧力を必要とします。低粘度ペースト（150,000 cP未満）は広がりやすいですが、熱サイクル後に「ポンプアウト」が発生する可能性があります。
粒子径分布は、最小ボンドライン厚さに直接影響します。10マイクロメートルの粒子を含むペーストは、粒子がギャップを架橋してダイやヒートシンクに傷を付けずには、10マイクロメートルより薄いボンドラインを達成できません。ダイレクトダイ冷却用の精密ペーストは、0.5～3マイクロメートルの粒子を使用して、25～50マイクロメートルのボンドラインを実現します。
当社BQUQの工場では、3本ロールミルを使用して粒子分散を行い、体積比でプラスマイナス2%の均一性を達成しています。各バッチはレーザー回折式粒子径分析装置（Malvern Mastersizer 3000）でテストし、D50値（メジアン粒子径）が仕様の0.5マイクロメートル以内に収まることを確認しています。
塗布量：0.1グラムの法則
サーマルペーストの適正量は、IHS面積と目標ボンドライン厚さの関数です。式は以下の通りです：
体積（立方ミリメートル）＝面積（平方ミリメートル）×ボンドライン厚さ（ミリメートル）
標準的なAMD AM5 CPU（IHS面積558平方ミリメートル）の場合、0.05mmのボンドラインには27.9立方ミリメートルのペーストが必要です。Intel LGA1700（IHS面積455平方ミリメートル）の場合、同じボンドラインには22.8立方ミリメートルが必要です。
実際には、これは以下に相当します： - エンドウ豆大の一滴：直径4～5ミリメートル（約30～50立方ミリメートル） - 米粒大のライン：長さ3～4ミリメートル、幅1.5ミリメートル（約15～25立方ミリメートル） - Xパターン：交差する2本の線、各長さ5ミリメートル、幅2ミリメートル（約40～60立方ミリメートル）
ペーストを塗りすぎると（100立方ミリメートル以上）、油圧的な圧力が発生してヒートシンクを持ち上げ、ボンドラインが0.2ミリメートル以上に増加します。これにより熱抵抗が40～60%上昇します。塗布量が少なすぎる場合（10立方ミリメートル未満）、ダイ面積の15～25%を覆う空気ポケットが残り、平均より5～8度高くなる局所的なホットスポットが発生します。
比較性能データ
| ペーストタイプ | 熱伝導率 (W/mK) | 粘度 (cP) | 最適ボンドライン (mm) | 1グラムあたりの価格 (USD) | 空気ギャップとの温度差 (度) |
| セラミック（酸化亜鉛） | 1.5 - 3.0 | 150,000 - 250,000 | 0.08 - 0.12 | 0.50 - 1.50 | 18 - 22 |
| 金属酸化物（アルミナ） | 3.0 - 5.0 | 200,000 - 300,000 | 0.06 - 0.10 | 1.50 - 3.00 | 22 - 28 |
| 窒化ホウ素 | 5.0 - 8.0 | 250,000 - 350,000 | 0.05 - 0.08 | 3.00 - 6.00 | 28 - 35 |
| 銀（微粒子） | 6.0 - 10.0 | 180,000 - 280,000 | 0.04 - 0.07 | 5.00 - 10.00 | 30 - 40 |
| 液体金属（ガリウム合金） | 40.0 - 80.0 | 1,000 - 3,000（液体） | 0.02 - 0.04 | 15.00 - 25.00 | 45 - 55 |
注：温度差は100Wのダイ電力、25度の周囲温度、銅製ヒートシンクで測定したものです。液体金属は導電性があり、ガリウム腐食を防ぐためにニッケルメッキ銅IHSが必要です。
塗布方法と取り付け圧力
最適な塗布方法は、ペーストの粘度とヒートシンクの取り付け機構によって異なります。250,000 cP以上のペーストには、取り付け圧力によって自然にペーストが外側に広がるため、エンドウ豆法（中央ドット）が推奨されます。200,000 cP未満のペーストには、薄く延ばす方法（カミソリの刃やスパチュラで均一な層を塗布する）がより信頼性があります。
取り付け圧力は重要です。金属IHSから銅ヒートシンクへの推奨接触圧力は、20～40ポンド毎平方インチ（psi）で、スプリング式ネジ付きバックプレートで達成されます。20psiでは、ペーストは元の体積の90%に圧縮されます。40psiでは80%に圧縮されます。60psiを超えると、ペーストが完全に押し出され、ドライジョイントになる可能性があります。
熱サイクル（電源オン/オフ）により、ダイ（シリコンの熱膨張係数2.6 ppm/K）、IHS（銅の16.5 ppm/K）、ヒートシンク（アルミニウムの23 ppm/K）の間で差動膨張が発生します。この動きは通常1サイクルあたり5～15マイクロメートルで、ペーストをギャップから押し出す可能性があります。高粘度ペーストや、チキソトロピー指数が2.0以上（せん断時に粘度が低下し、静止時に回復する）のペーストは、このポンプアウト効果に耐性があります。
製造における品質管理
BQUQでは、ISO 9001:2015認証プロセスの下で産業用クライアント向けにサーマルペーストを製造しています。当社の重要パラメータは以下の通りです： - 熱伝導率：ガード付き熱板法（ASTM D5470）で測定、許容差プラスマイナス5% - 粘度：Brookfield回転粘度計で25度で測定、許容差プラスマイナス10% - 粒子径D50：レーザー回折法、許容差プラスマイナス0.5マイクロメートル - ガス放出：ASTM E595に従ってテスト、宇宙グレード用途では総質量損失1%未満 - 保存期間：密封シリンジ包装で25度、相対湿度60%で24ヶ月
大量生産（月10,000個以上）の場合、0.6ミリメートルの針を備えた空気圧式シリンジによる自動分注を推奨します。分注圧力は60～80psiに設定し、1ドットあたりのサイクルタイムは0.8～1.2秒です。ドット重量は、プラスマイナス5ミリグラムの許容差を持つチェックウェイングスケールで工程内検証されます。
FAQ形式の塗布のヒント
1. カードでペーストを延ばすべきですか？ペーストの粘度が200,000 cP未満で、ダイがダイレクトダイ（IHSなし）の場合のみです。IHS搭載CPUの場合、エンドウ豆法が優れています。気泡の混入を避けられるためです。 2. 塗りすぎたかどうかはどうやって分かりますか？取り付け後にIHSの側面からペーストがはみ出しているのを見たら、30～50%塗りすぎです。イソプロピルアルコール（90%以上）で拭き取り、再塗布してください。 3. ペーストに有効期限はありますか？はい。24ヶ月後、ポリマーマトリックスが酸化し、粘度が最大30%上昇します。熱伝導率は劣化しませんが、ペーストが均一に塗り広げにくくなります。 4. ヒートシンクを取り外した後、ペーストを再利用できますか？いいえ。ボンドラインが破壊されると、ペースト内に空気ポケットが形成されます。必ず両方の表面をイソプロピルアルコールで清掃し、新しいペーストを塗布してください。 5. 塗布時の最低温度は？室温（20～25度）で塗布してください。10度未満では、シリコーン系ペーストの粘度が50%上昇し、正しく広がりません。
結論
サーマルペーストは、ポリマーマトリックスと熱伝導性充填材の精密設計された複合材料であり、粒子径と粘度は特定のボンドライン要件に合わせて調整されています。標準的なCPU IHS表面に対する適正量はエンドウ豆大の一滴（30～50立方ミリメートル）で、20～40psiの取り付け圧力下で0.05～0.1ミリメートルのボンドラインを生成します。適切なペーストタイプと量を使用することで、乾燥した空気ギャップと比較してCPU温度を20～55度低下させ、システムの信頼性とサービス寿命に直接影響します。
生産用に一貫性と再現性のある熱界面材料を必要とするエンジニア向けに、BQUQは厳しい許容差と12時間の見積対応プロセスを備えたカスタム処方ペーストを提供しています。当社のチームは、お客様の熱予算、粘度要件、分注方法に合わせて対応できます。sc@bquq.comまたはWhatsApp +86 13713157787までお問い合わせいただくか、www.bquq.comでデータシートやサンプルリクエストをご確認ください。
