熱伝導グリスの選び方｜熱伝導率だけで選んではいけない理由を完全図解

「通販サイトで熱伝導グリスを探したら、熱伝導率10W/(m·K)の高性能品と3W/(m·K)の標準品があった。値段は5倍違うけど、熱伝導率が高いほうを選べば間違いないよね？」

こんな選び方をしていませんか？実は、熱伝導率だけで選ぶと、量産で痛い目を見ます。

高性能グリスには「粘度が高くて塗布が難しい」「ポンプアウトで2年後に性能が落ちる」「導電性で絶縁箇所に使えない」など、カタログの熱伝導率だけでは見えない落とし穴があります。試作では冷えていたのに、量産品が客先で熱暴走——これは熱伝導グリスの選定ミスでよく起きる事故です。

結論を先に言います。熱伝導グリスは「熱伝導率・粘度・経年劣化・絶縁性」の4軸で選ぶべきです。この記事では、各軸の意味と判断基準を実務に直結する形で解説します。

熱伝導グリスの基本構造｜「ベースオイル＋フィラー」

まずは熱伝導グリスが何でできているかを理解しましょう。グリスはおおまかに「ベースオイル」＋「熱伝導フィラー」の2つの要素で構成されています。

高性能グリス＝「フィラーをたくさん詰めたグリス」

熱伝導率が高いグリスは、簡単に言うと「フィラーをぎっしり詰め込んだグリス」です。フィラー比率が高いほど熱は伝わりやすくなりますが、その代わり粘度が高くなって硬くなるというトレードオフが発生します。

熱伝導率だけで選んではいけない4つの理由

「熱伝導率10 W/(m·K)のグリスのほうが、3 W/(m·K)のグリスより3倍冷える」——これは大きな誤解です。実際の熱抵抗は、熱伝導率だけでは決まりません。

理由①：実際の熱抵抗は「厚み÷熱伝導率」で決まる

高性能グリス（10 W/(m·K)）は粘度が高く、塗布厚が50μmになりがちです。一方、標準グリス（3 W/(m·K)）は柔らかく、20μmに薄く塗れます。同じ面積1cm²で計算してみましょう。

熱伝導率は3倍以上違うのに、実際の熱抵抗は1.3倍程度しか違いません。「厚く塗らなければならない高性能グリス」より、「薄く塗れる標準グリス」のほうが性能差が小さいのです。

理由②：粘度が高すぎると「塗布のバラつき」が出る

高粘度グリスは、量産工程でシリンジから均一に吐出するのが難しいです。作業者によって塗布量がバラつくと、ロット内での温度バラつきも大きくなります。

理由③：ポンプアウトで経年劣化する

ポンプアウトとは、温度サイクル（加熱・冷却の繰り返し）によってグリスが部品の隙間から少しずつ滲み出てくる現象です。フィラー比率の高い高性能グリスほど、ポンプアウトが起きやすい傾向があります。

理由④：絶縁性が必要な場面で使えない

銀粒子・銅粒子を含む超高性能グリスは導電性を持ちます。パワー半導体のケース電位が露出している場合、グリスのはみ出しがショート事故に直結します。

粘度と塗布量｜「BLT」という重要指標

熱設計の世界にはBLT（Bond Line Thickness）という重要な指標があります。日本語では「接着層厚み」。グリスを塗って締め付けた後、最終的に部品とヒートシンクの間に残るグリス層の厚みのことです。

BLTを決める3つの要素

粘度の目安と用途

ポンプアウトとは｜2年後に温度が上がる「時限爆弾」

ポンプアウトは、熱設計で最も見落とされがちな信頼性問題です。試作・初期評価では問題なく、市場に出てから1〜3年後にじわじわと温度が上がっていく——典型的な「時限爆弾」型の不具合です。

なぜポンプアウトが起きるのか

パワー半導体は動作中に発熱と冷却を繰り返します。このとき、部品とヒートシンクの熱膨張係数の違いから、両者の隙間がわずかに広がったり狭まったりします。

ポンプアウトを起こしやすいグリスの特徴

シリコーン系と非シリコーン系｜どう使い分けるか

熱伝導グリスはベースオイルによってシリコーン系と非シリコーン系に分かれます。それぞれ得意分野が異なります。

シリコーン揮発物（LMW）の問題とは

シリコーンオイルからは、ごく微量ですが低分子シロキサン（LMW：Low Molecular Weight Siloxane）が揮発します。これが機器内部で電気接点（リレー、コネクタ、スイッチ）に付着すると、放電時にシリカ（SiO₂）に変化して絶縁物の被膜を作り、接点不良を引き起こします。

用途別｜熱伝導グリスの選び方フローチャート

ここまでの内容を踏まえて、用途別の選定指針をまとめます。

用途別の推奨タイプ

選定の実践フロー

熱伝導グリス選定でやりがちな失敗3選

失敗①：熱伝導率の数字だけで選ぶ

「10 W/(m·K)」と書かれているグリスを見つけて、それだけで採用してしまう。実際は塗布厚との兼ね合いで、3 W/(m·K)のグリスと大して変わらない場合が多いです。「熱抵抗 = 厚み ÷ 熱伝導率」で評価してください。

失敗②：試作と量産で違うグリスを使う

試作では手作業でじっくり塗ったグリスが、量産では自動塗布機で短時間に処理されます。同じグリスでも塗布工程が違えば、BLTもバラつきも変わります。試作段階から量産で使うグリスと塗布方法で評価するのが鉄則です。

失敗③：ポンプアウト試験データを確認しない

試作・初期評価では問題なく動作しても、温度サイクル後にグリスが滲み出して空隙ができ、温度が上昇する事例が多発しています。メーカーに必ず温度サイクル試験データを要求してください。市場品質クレームの予防につながります。

まとめ｜グリスは「4つの軸」で総合評価する

熱伝導グリスは「とりあえず一番熱伝導率が高いものを買う」では失敗します。用途と環境に応じて、4つの軸で総合評価するのが本物の熱設計です。次回以降の記事では、サーマルシートや絶縁シートの選び方を取り上げます。