ヒートシンクの熱伝導率の測定方法を教えてください

質問

表面処理が異なる２タイプのヒートシンクの熱伝導率を比較したいのですが、測定方法が分かりません。
比較だけでなく、測定値も知りたいのですが、良い方法はありますでしょうか？
ちなみに、タイプはくし形ヒートシンクで、材質はアルミです。

アバウトな質問で申し訳御座いませんが、具体案をご存知の方は教えて頂けると幸いです。

回答No.2

inara1 · ベストアンサー

熱伝導率というのは物性値なので、アルミだったらヒートシンクの形状に依らず一定値です。ご質問は「ヒートシンクの熱抵抗（℃/W）」のことでしょうか？　熱抵抗はヒートシンクの形状で変わりますし、自然空冷なのか、強制空冷（ファンの風で冷却）なのかでいろいろな値になります。熱抵抗 Rth （℃/W）は
　　　Rth = ( T - Ta )/Q
で定義されます。T （℃）はヒートシンク表面の熱源側の温度、Ta （℃）は周囲温度（自然空冷）またはファンの風の温度（強制空冷）で、Q（Ｗ：ワット） はヒートシンクを貫通する熱量です。Ta は簡単に測定できますが、 T や Q の値を正確に測定をするのは簡単ではないです。

熱源とヒートシンク間には、間に放熱グリースが塗られている場合でも、熱抵抗があります。そのため、ヒートシンク表面の熱源側の温度と熱源温度は若干異なります。したがって熱源の温度を測定してもヒートシンク表面の温度は正確には分かりません（熱源の温度より低いのは確かですが）。ヒートシンクを貫通する熱量 Q のほうも、実際には熱源からヒートシンクを通らずに大気に直接逃げる熱があるので、「熱源に加えた電力＝ヒートシンクを貫通する熱量」にはなりません（熱源に加えた電力＞ヒートシンクを貫通する熱量であるのは確かですが）。さらに細かいことを言えば、ヒートシンクと熱源が接している面の面積が大きい場合、ヒートシンク表面の熱源側の平均温度を求めるには、ヒートシンクと熱源が接している面全体の温度分布を知る必要があります。

細かいことを言えばきりがないですが、ヒートシンクと熱源が接している面の面積がそれほど大きくない場合には、ヒートシンクと熱源が接している面の中心部のヒートシンク温度を T とするのが一般的です（T は熱源温度でなくヒートシンク側の温度です）。その場合、ヒートシンク以外の部分を断熱材で覆って、熱源から大気に直接逃げる熱をなるべく小さくすることで、熱源に加えた電力を Q の値として熱抵抗を計算します。具体的には、参考URLにあるように、ヒートシンクの表面温度を測定するために、ヒートシンクに熱電対用の溝をつけ、その溝に熱電対を埋め込み、ヒートシンク表面の熱源側の中心部に熱電対の先端が接触するようにします。そして、ヒートシンク以外の部分を断熱材（スポンジのようなハサミで自由に切れる断熱材が市販されています）で覆い、次式で熱抵抗を計算すればかなり正確にわかると思います。
　　　Rth = ( 熱電対温度 - Ta )/熱源の消費電力
熱電対温度は、データロガーなどを使って時間経過に対する値を計測しながら温度変化を見て、測定温度が充分安定したところで計測します（ヒートシンクの熱抵抗が大きいほど安定するまでの時間が長くなります）。大雑把には、10分間で0.5℃以内の温度変化になったら安定したとみなしていいと思います。そのときの計測温度は、ある時間での瞬時値を使うのではなく、ある時間幅（１０分間など）に渡る温度測定値の平均値を使うのが良いと思います。

回答No.1

tance

トランジスタやICなどの発熱体が取り付くのでしょうか。
もしトランジスタのような発生電力が解りやすい発熱体を付けられる
のでしたら、一定の電力を与えて、ヒートシンクの温度上昇を計れば
空気までの熱抵抗が測定できます。

温度測定はセンサへの放熱とか接触具合とかいろいろ誤差の要因が
あるので工夫が必要だったりしますが、小さいセンサを使えば比較的
きちんと計れると思います。