金属放熱材（Thermal Interface Material, TIM）により、厳しい熱流環境における理想的な熱的ソリューションが得られる。金属および合金の高い熱伝導性、さらにそれらの製造の容易さがヒート・シンクやヒート・スプレッダー、ヒート・パイプにおける熱管理用途に大きく影響している。

　金属放熱材（Thermal Interface Material, TIM）により、厳しい熱流環境における理想的な熱的ソリューションが得られる。金属および合金の高い熱伝導性、さらにそれらの製造の容易さがヒート・シンクやヒート・スプレッダー、ヒート・パイプにおける熱管理用途に大きく影響している。

　金属の特性としての非常に高い電気的、熱的伝導性は、自由電子によるものである。自由電子は、接合部間で電気と同様に熱も伝える。ここで、最も高い電気伝導率を持つ金属（Cu，Ag，Au，Al）ではその熱伝導率も最も高いということは興味深い（表1）。




　金属および合金の熱伝導性は等方的で、これにより局所的なホット・スポットから熱を分散させるための良好な熱拡散性、さらにそれによる良好な熱伝導パスが得られる。セラミックスやプラスチック、半導体、塩類等とは対照的に、金属および合金は、電子振動（電子－フォノン相互作用）によりかなりの割合の熱エネルギーを伝導する。ポリマーと金属、あるいはポリマーとセラミックスとの間の界面の熱伝達性能は、マトリックス振動にのみ制限される。この現象は、フォノン・ミスマッチと呼ばれる。

　銀片やダイヤモンド粒子、カーボン・ナノチューブ（熱伝導率は、それぞれ約400、2400、最大10,000W/m･K）などの高熱導電率材料をポリマー性グリース、接着剤および液体に添加しても、結果的にはその混合物の体積熱伝導率は10W/m･K以下である。これは、界面活性剤（ポリマー）から熱伝導材料への熱伝導が制限されていることを意味する。

　金属中の自由電子の欠点は、酸素や硫黄等の成分に対する親和性である。貴金属（Au、Pt、Pd）では、酸素が金属表面に吸着するが、安定な酸化物を生成することはない。あまり貴ではない金属（Al、Ag、Ni、In、Sn）では、強固に密着した薄い酸化物の不動態化層を生成するが、さらなる酸素の浸透は制限される。

　金属TIMの利点を達成するカギは、加工表面への密着である。この密着を達成するために、金属は、4種の異なる形態、はんだ、液体金属、相変化金属および圧縮可能金属の形態で用いられる。界面の障壁については、液体接触を行うための金属の溶融、あるいは固体接触を行うための応力の負荷により克服できる可能性がある。はんだ、相転移金属および液体合金は、液相での接触に依存している。圧縮可能金属TIMは、密着するように塑性変形させる応力に依存する。




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出典：Global SMT & Packaging, Vol. 8,No. 2, pp. 10-12
訳者：（株）アンベエスエムティ　木本、安部