ヒートシンク：熱管理のための受動・能動デバイス

設計と構成要素

典型的なヒートシンクは、熱源に接触する平坦なベース部と、冷却のための表面積を増やすフィン部からなる。一般的な材料には、低コストで軽量なアルミニウムと、より高い熱伝導率をもつ銅がある。現代的な設計では、熱をより均一に広げるためのヒートパイプやベーパーチャンバー、ならびに部品とシンクの間の界面抵抗を低減するサーマルペーストやパッドなどの熱伝導インターフェース材料（TIM）を含むこともある。

• ベース：部品から熱を受け渡す。
• フィン：表面積を増やし、対流冷却を向上させる。
• ヒートパイプ／ベーパーチャンバー：シンク内で熱を移動させる。
• 固定機構とTIM：良好な熱的接触を確保する。

製造方法には、押出成形、CNC加工、プレス加工、接合フィン組立、スカイビングがある。設計者は、想定される気流に適合させ、圧力損失を最小化するため、フィンの間隔、厚さ、向きを最適化する。熱性能はしばしば熱抵抗（℃/W）で表され、これは放散電力の単位当たりに生じる温度上昇を示す。値が低いほど冷却性能は高い。

歴史、用途および実用上の考慮事項

電子部品が小型化し高出力化するにつれて、ヒートシンクは広く普及した。初期の冷却需要は真空管で生じ、その後は半導体やCPUの発展により増大した。現在、ヒートシンクはパーソナルコンピュータ、グラフィックスカード、LED照明、電力増幅器、自動車用電子機器、産業用電力モジュールに使用されている。多くの一般向けPCでは、ファンと組み合わせたヒートシンクが中央処理装置を冷却する一方、高出力LEDには大型の受動式シンクが用いられることが多い。

シンクの選定または設計には、利用可能な気流、許容される寸法と重量、さらに動作環境（ほこり、設置方向、周囲温度）への注意が必要である。液体冷却と比べると、ヒートシンクはより簡素で信頼性が高く、低コストである。ただし、非常に高い電力密度では、液体システムのほうが熱をより効果的に遠ざけることができる。ほこりの除去、確実な取り付け、良好なTIMの維持といった定期的な保守は、長期にわたる性能維持に役立つ。

入門的な技術概要についてはヒートシンクの基礎を参照。熱移動の原理に関する詳細は熱伝達の資料で説明されている。歴史的な発展と初期の冷却手法は歴史に関する解説に要約されている。コンピュータ冷却の選定に関する実用的な手引きはPC冷却ガイドにあり、オーディオおよび電力電子機器向けのアプリケーションノートは、メーカーや技術サイトのアプリケーションノートなどで入手できる。