サーマルペーストは世界中のあらゆるパソコンで使われていますが、その成分を正確に知っている人は意外に少ないものです。この記事では、サーマルペーストのさまざまな組成を深く掘り下げていきます。
サーマルペーストの種類
サーマルペーストをあまり塗ったことがない人にとって、サーマルペーストに複数の種類があると知ることは意外かもしれません。そう、サーマルペーストには何種類もあり、新しいものが日々開発されています。それらを見ていく前に、多くのサーマルペーストに共通する成分を整理しましょう。
サーマルペーストには2つの役割があります。熱伝導性を持つことと、CPUとヒートシンクの間の微細なすき間を埋めることです。これらの役割を果たすため、ペーストは油脂状か液体状で、かつ——ご想像の通り——熱伝導性を持つ必要があります。そのため、ほとんどのサーマルペーストは液体のマトリックスと熱伝導性のフィラー(充填材)で構成されます。これらを担う物質を変えることで、異なる特性を持つさまざまなサーマルペーストを作り出せます。粘度、熱伝導率、その他の特性を変えられるのです。
では、サーマルペーストの主な種類とは何でしょうか?
シリコンベース
シリコンベースのサーマルペーストは、シリコン液体マトリックスを使って熱伝導性の金属酸化物フィラーを保持します。シリコンベースのサーマルペーストは市場で最も一般的な部類で、完成済みのPCやノートPCに事前塗布されていることも多いです。
それも当然で、何でもこなせる万能選手だからです。
シリコンを使うため粘度が高く、CPUやGPUに均一に広げやすく、漏れにくいという特性があります。優れた熱伝導率を持ち、他のサーマルペーストと違って電気伝導性はありません。したがって、漏れてもきれいに拭き取って先へ進めます。
カーボンベース
カーボンベースのサーマルペーストはシリコンベースと似ていますが、金属酸化物のフィラーの代わりにカーボンナノ粒子を使って熱伝導を助けます。粘度と熱伝導率はシリコンベースのサーマルペーストとほぼ同じです。
最大の利点は電気伝導性、あるいはむしろその欠如にあります。これらのペーストは金属粒子を使わないため、どんな電源からも電荷を運ぶ可能性がありません。技術的には、パソコン内や他の部品と近接するプロセッサ周りで使うのに最も安全です。
液体金属ベース
液体金属ベースのサーマルペーストは、これまでの2種類とは少し異なります。シリコンベースやカーボンベースとは違い、液体金属ベースのサーマルペーストには厳密には液体マトリックスもフィラーもありません。代わりに、液体金属がマトリックスとフィラーの両方の役割を果たします。金属であるため熱伝導に優れ、液体であるため自然にすき間を埋められます。液体金属ベースのサーマルペーストは最高レベルの熱伝導率を示し、オーバークロックが当たり前のハイエンド構成で人気です。
完璧に聞こえるでしょう。ではなぜ全員が液体金属ベースのサーマルペーストを使わないのでしょうか?
実は熱伝導性だけでなく、電気伝導性もあるのです。ドアノブに触れて指がビリッとなった経験を思い出してください。金属は電荷を運べます。完全に金属だけでできたサーマルペーストは、そのドアノブと同じように振る舞います。通常はこれでも問題ないのですが、パソコンはあらゆる電荷について非常に明確な経路を持つ機械です。液体金属ベースのサーマルペーストが1滴でもパソコン内の部品に付着すれば、マシンをショートさせ巨大な文鎮に変えてしまう可能性があります。
ええ、気弱な人向けではありません。
それだけでも厄介なのに、ほとんどの液体金属ベースのサーマルペーストはガリウムを含みます。ガリウムがアルミニウムに触れると、軽く触れるだけで崩れる合金を形成します。
相変化材料
最後に相変化材料です。相変化材料はこの「ファミリー」の中でのはみ出し者で、厳密には「サーマルペースト」ではありません。PCM(Phase Change Materials)と呼ばれ、物質が相変化するときに周囲の表面を冷やす吸熱反応の力を利用します。怪我をしたときに使う「インスタント・コールドパック」が簡単な例です。
相変化材料は融点が約70°Cの化学物質のカクテルです。その温度に達すると材料は相変化を始め(多くの場合、固体→液体または液体→固体)、吸熱反応の中に熱エネルギーを蓄えます。
最も一般的には工業用途で使われます。
シリコンベースのサーマルペーストの組成
前述の通り、シリコンベースのサーマルペーストはあらゆる種類の中で最も一般的で最も信頼できるものの1つです。液体マトリックス(ベースとも呼ばれる)と金属酸化物のフィラーで構成されます。シリコン自体は熱伝導性を持ちませんが、粘度があり、サーマルペーストが流れて隙間を埋め、表面に付着し、他の熱伝導性化合物を保持できるようにします。「シリコンオイルベース」と呼ばれることもあります。
シリコンベースの中には通常、酸化亜鉛のような金属酸化物が含まれます。これらの化合物は電子移動度が高く、エネルギーを迅速に伝達できます。シリコンベースのサーマルペーストに使われる他の金属酸化物には、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどがあります。これらはほぼ同じ特性を持ち、フィラーとして同様に機能します。
シリコンサーマルペーストをおすすめする理由
いろいろなサーマルペーストの話を読むと、新しいものを試してみたくなるかもしれません。実際、試してみるべきです!選択肢はたくさんあり、目的によってはあるものが他より向いていることもあります。それでも個人的には、99%のプロジェクトにはシリコンベースのサーマルペーストをおすすめします。
まず、シリコンベースのサーマルペーストはこれまで挙げたどの素材よりもコストパフォーマンスが優れています。通常、約2ドル/gで、液体金属ベースは約8ドル/g、相変化材料は約10ドル/gです。ちなみに相変化材料は主に工業用途で売られるため、大量購入時のコストはもっと高くなる可能性があります。
次に、カーボンベースのサーマルペーストと比較すると、シリコンベースはより耐久性があり長持ちします。シリコンはケイ素(Si)と酸素から成り、ケイ素の化学的安定性は炭素よりはるかに高く、加熱・冷却サイクルに強いためです。
最後に、前述の通り、シリコンベースのサーマルペーストは高い熱伝導率、電気伝導性なし、無毒という特性があります。これが最も安全な選択肢となる理由です。
私たちの Kooling Monster KOLD-01 は、上記の特性をまさに備えたシリコンベースのサーマルペーストです。長持ちし、効果的で、PCを絶対的なベストパフォーマンスで動かすことを保証します。
他のサーマルペースト代替品
どうしてもサーマルペーストが嫌いなら、他の代替品もあります。サーマルパッドはCPUのサイズに切って使える固体の素材です。高温域で十分な熱伝導率を提供しますが、すき間を埋める性能はあまり高くありません。サーマルジェルも別の代替品です。サーマルジェルは空気に触れると硬化するので長持ちしますが、塗布が複雑になります。サーマルペーストの代替品については こちらの記事 で詳しく説明しています。
サーマルペーストには色やブランドの異なるものがたくさんありますが、覚えておいてほしいのは、そのほとんどがシリコンベース、カーボンベース、液体金属ベースのいずれかに分類されるということです。液体金属ベースのサーマルペーストを選ぶなら、電気伝導性があるので適切な予防措置を取ってください。カーボンベースを選ぶなら、そんなに長持ちせず積極的な再塗布が必要になることを覚えておきましょう。そしてシリコンベースを選ぶなら、市場最高のもの——Kooling Monster KOLD-01——を使うのが正解です!
