質問: ヒートシンクの板厚は厚い方がいい? 3wパワーledのヒートシンクの代わりにアルミ板を使用したいのですが、そこで質問です。 同じ面積のアルミ板であれば、板厚は厚いほうがいいのでしょうか? 板厚1.2mm、1.5mm、2.0mmの3種類があり、どの板厚が適しているのか迷っています。 宜しくお願いします。
回答: ヒートシンクの放熱能力は °C/w すなわち熱抵抗で表されます。 放熱フィンの無いヒートシンクの場合、放熱能力はその体積hv(cm3)で決まります。そしてhvが大きければ大きいほど放熱能力は高くなります。すなわち、熱抵抗は小さくなります。面積が同じで厚みが異なる場合は厚みが厚いほど体積hvは大きくなりますので、厚みが厚くなるほど放熱能力は高くなります。 従って、この場合厚みが一番大きい2mmのアルミ板が一番放熱能力が高いと言うことになります。 アルミの場合のヒートシンク体積 hv(cm3) と熱抵抗(ヒートシンクと周辺の空気の間の)rh-a(°C/w)は以下の様な関係がある(某大手ヒートシンクメーカの資料より)といわれてます。その関係は rh-a={10^(-2/3)}×log10{hv(cm3)/1150} (1) と言う式で表されます。この式を使って3種類のアルミ板の熱抵抗 rh-a を計算すると、 t=1.2mm: rh-a={10^(-2/3)}×log10{10×10×0.12(cm3)/1150}=20.9 (°C/w) 1.5mm: rh-a=18.1 (°C/w) 2mm: rh-a=14.9 (°C/w) と計算されます。 また、3wのledチップのジャンクションの最大許容温度は100度が普通です。そして、ledのチップ-ヒートシンク接合面間の熱抵抗 rj-c はデータシートにはなかなか載ってませんので、推定で少し悪目に見積もって 5(°C/w)程度に見積もります。また、ledを使用する環境の最大温度 tamax を仮に50°C とします。 まず、この条件から放熱に必要なledチップのジャンクション温度 tj と周囲温度 ta 間の熱抵抗 rj-a を計算します。 rj-a(°C/w)=(100°C-50°C)/3w=16.66(°C/w) (2) と計算されます。ここで、ヒートシンクの熱抵抗を rh-a として、rj-a は rj-a(°C/w)=rj-c(°C/w)+ rh-a(°C/w) (3) という関係がありますので、 rh-a は rh-a(°C/w)=rj-a(°C/w)- rj-c(°C/w) (4) で求められますので、この式(4)に rj-a(°C/w)=16.66(°C/w)、rj-c(°C/w)=5(°C/w)を代入して、 rh-a(°C/w) を求めると、 rh-a(°C/w)=16.66(°C/w)- 5(°C/w)=11.66(°C/w) と求まります。この値は2mm厚のアルミ板の熱抵抗 rh-a=14.9 (°C/w)では少し足りませんが、rj-c(°C/w)の値を少し大きめに見積もったのでギリギリで周囲温度50°C程度まで放熱が十分と見てよいでしょう。