小型機器や薄型機器を快適に冷やす先進の放熱部材「ベイパーチャンバー」
スマートフォンが熱くなった経験はありませんか？電子機器や機械のシステムの過度な熱は、性能の低下を引き起こす原因となります。その為、エネルギーの無駄を最小限に抑えることが必要です。
薄型、軽量を可能とした冷却システム「ベイパーチャンバー」のご紹介です。
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目次
1.ベイパーチャンバーとは？
ベイパーチャンバーは、高い熱伝導性を備えた冷却デバイスです。さて、高い熱伝導性を保つ放熱部材はどのような仕組みなのでしょうか。
- 蒸発と蒸気の拡散
ベイパーチャンバーの内部は中空構造となっており、液体が封入されています。熱源からの熱によりで液体が蒸発し、蒸気が発生します。蒸気はベイパーチャンバー内で拡散し、低温部分に向かって移動します。 - 凝縮と液体の戻り
低温部分で蒸気が冷却されると、再び液体に戻ります。この凝縮した液体は再び高温部分に向かって移動します。この繰り返しで、熱を効率的に運ぶことができます。 - 均一な熱伝導
ベイパーチャンバー内の液体が均一に蒸発・拡散・凝縮するため、デバイスの表面に均一な熱が広がります。これにより、デバイス全体で熱を均一に分散させることができます。
ベイパーチャンバーは、熱伝導ができる金属（アルミや銅など）やグラファイトよりも高い熱伝導率を持ち合わせ、稼働部品を使用しない為、故障やメンテナンスなども必要ありません。金属フィンなどに比べると軽量、かさばらないなど、小型化を可能とした放熱部材です。
2.ベイパーチャンバー、ヒートパイプ、ヒートシンクの特徴比較
| ベイパーチャンバー | ヒートパイプ | ヒートシンク | |
|---|---|---|---|
| 熱伝導率※1 | 平面方向の熱伝導率 10,000W/mK |
銅 約10,000-100,000W/mK |
アルミニウム 約200-250W/mK 銅 約380W/mK |
| 冷却方法 | 二相冷却 | 二相冷却 | 空気冷却 |
| 形状 | シート状 | 棒（パイプ）状 | フィンを並べた形状 （板状、剣山状など） |
| 価格 | ヒートパイプ、ヒートシンク と比較すると高コスト |
ヒートシンクと比較する と高コスト |
比較的低コスト |
| 耐久性 | 耐久性が高く、故障 しにくい |
耐久性が高く、故障 しにくい |
シンプルな構造で 故障しにくい |
| 放熱の特徴 | 平面方向へ均一に 素早い熱拡散ができる |
熱源から離れた場所への 素早い熱移動ができる |
空気に触れる面積が広いほど、 放熱効率が高くなる |
| その他特徴 | 薄型で軽量“面”として 熱を周辺に広げる |
“線”として2点間で 熱を伝える |
熱源との接触面積が小さい場合には 放熱効率が落ちる |
※1 熱伝導率 引用：熱設計の本-第二版-（日刊工業新聞社）
3.Boyd corporationベイパーチャンバーの特徴
- お客様のニーズを生かしたカスタム対応が可能(「ベイパーチャンバーの構造と仕様」参照 )
- 厚み0.3mm～8mmの対応が可能
- Boyd corporation製のヒートシンク他との組み合わせが可能
- Boyd corporationの熱シミュレーションソフトウェア（SmartCFD）を活用することで、より効率的な提案が可能
4.ベイパーチャンバーの構造と仕様
使用用途（環境・条件）により各材料の選定、シミュレーションを行い、最適な製品をご提案します。
上部カバー／下部カバー
| 材質 | 製造方式 | |
|---|---|---|
| 銅 | スタンピング | エッチング |
| 銅合金 | ||
| ステンレス | ||
ウィック（内部液体の流れを調整）
| 種類 | ||
|---|---|---|
| 焼結粉末 | メッシュ | エッチング |
ポスト（強度の調整）
| 分離タイプ | 一体タイプ | ||
|---|---|---|---|
| 切削 | 焼結粉末 | スタンピング | エッチング |
封止処理
| 種類 | ||
|---|---|---|
| 拡散接合 | ろう付け | レーザー溶接 |
サイズ・厚さ
| サイズ | 厚さ |
|---|---|
| 最大 450×450mm | 最小 0.3mm |
5.使用用途
| アプリケーション | 用途 | 発熱 | サイズL×W(mm) | 厚さ(mm) | 材料 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ゲーム コンソール |
CPU/DRAMの冷却 | 150-250W | 150 x 150 | 3-5 | 銅 |  |
| 基地局向け 機器 |
パワーアンプの冷却 | 50-100W | 100 x 100 | 2-4 | 銅 銅合金 |
 |
| サーバー | CPU/DRAM/ ストレージの冷却 |
200-400W | 80 x 150 | 3-4 | 銅 |  |
| インバーター(IGBT) | IGBTの冷却 | 500-2000W | 450 x 450 | 3-8 | 銅 |  |
| ノートPC | CPU/GPU/ DRAMの冷却 |
15-30W | 220 x 60 | 0.5 | 銅合金 |  |
| スマート フォン |
CPUの冷却 | 5W | 80 x 50 | 0.3-0.4 | 銅合金 |  |
| 0.4 | ステンレス |
6.ベイパーチャンバー付きヒートシンク製品
Boyd corporationのベイパーチャンバーはヒートシンクとの組み合わせが可能です。
ベイパーチャンバーと組み合わせることにより、アルミや銅などの金属素材のみと比較して10～50倍の熱拡散能力を有し、より均一な放熱が可能です。
ヒートシンクとベイパーチャンバー付きヒートシンクの温度分布比較
- ヒーターサイズ：10x10mm
- ヒーター電力：100W
- ヒートシンクサイズ：120x120x24mm
- べーパーチャンバー：110x110x2.5mm
- 外気温：25℃
- 風速：3m/s
製品一例
- 熱源:180W
- サイズ:137x128x34mm
- 熱抵抗(Rsa):0.18 C/W
- ファン動作点:31.1CFM/0.22”water
- 熱源:1440W
- サイズ:200x250x41mm
- 熱抵抗(Rsa):0.10 C/W per 480W module
- ファン動作点:67CFM/274Pascal
- 熱源:1980W(~660W/各熱源)
- サイズ:200x290x90mm (LxWxH)
- 熱抵抗(Rsa):0.065 C/W
- 熱源:200W
- サイズ:85x56x29mm
- 熱抵抗(Rsa):0.20 C/W
- ファン動作点:18CFM/145Pascal
7.「ベイパーチャンバー」のお問い合わせはSDSへ
Boyd corporationの「ベイパーチャンバー」他、放熱部材に関するお問い合わせは、下記フォームよりお気軽にご連絡ください。
