バリとは、材料を打ち抜いたり切断したりしたときに、端部に残る突起や余分な部分である。

金属箔、フィルム、粘着材、グラファイト、セラミック系材料などを加工するときに発生することがある。

バリは小さい。

しかし熱対策部材では、この小さなバリが大きな問題になる。

部材の端部にバリがあると、貼り合わせたときに一部が浮くことがある。

浮いた部分には空気層ができる。

空気は熱を伝えにくい。

その結果、熱が流れにくくなる。

つまりバリは、空気層を作る原因になる。

金属箔や導電性材料のバリは、電気的にも危険である。

バリが絶縁層を突き破る。

周辺部品に接触する。

導電性異物になる。

その結果、

　● ショート

　● 漏電

　● 絶縁破壊

　● ノイズ経路　につながる可能性がある。

つまり熱対策部材のバリは、熱問題だけでなく、

電気安全性の問題にもなる。

異物とは、本来そこにあるべきではないものが混入することである。

例えば、

　● 打ち抜きカス

　● 金属粉

　● グラファイト粉

　● フィルム片

　● 粘着材のカス

　● ホコリ

　● セラミック粉

　● 剥離紙片　などである。

異物は小さくても、熱対策部材では大きな影響を持つ。

異物が接触面に入ると、その部分が持ち上がる。

すると部材が浮く。

浮いた部分には空気層ができる。

空気層ができると熱は流れにくくなる。

つまり異物は、接触熱抵抗を増やす原因になる。

これは、材料の熱伝導率とは別の問題である。

異物によって一部の接触が悪くなると、その部分だけ熱が逃げにくくなる。

すると局所的な温度上昇が起きる。

これがホットスポットである。

AIサーバー、EV、スマートフォン、ウェアラブル機器では、局所的な熱集中が性能や安全性に影響する。

つまり異物は、小さな点から熱問題を作る可能性がある。

金属粉やグラファイト粉のような導電性異物は、特に注意が必要である。

熱対策材料には、銅箔、アルミ箔、グラファイトなどの導電性材料が使われることがある。

これらの粉やカスが回路周辺に残ると、ショートやノイズ不良につながる可能性がある。

つまり導電性異物は、熱対策部材から発生する電気リスクである。

段差とは、部品や材料の高さに差がある状態である。

例えば、

　● 部品高さの違い

　● 基板上の実装部品差

　● 粘着層の厚み差

　● 積層部材の端部差

　● 加工端面の重なり

　● 基材と粘着材の厚み差　などである。

熱対策部材は、この段差に追従する必要がある。

追従できないと、浮きや空気層が発生する。

放熱シートやTIMが段差に追従できない場合、一部が浮く。

浮いた部分には空気が入る。

すると熱が流れにくくなる。

つまり段差は、品高さが複雑になるため、段差対策が重要になる。

ゲルや柔軟放熱シートは、段差吸収に向いている。

しかし柔らかい材料は、

　● 変形しやすい

　● はみ出しやすい

　● 厚みが安定しにくい

　● 自動化工程で扱いにくい　という課題もある。

つまり段差対策では、柔らかければよいわけではない。

段差吸収性と量産安定性のバランスが必要になる。

一方で、セラミック、金属板、硬質放熱材などは、段差に追従しにくい。

熱伝導率が高くても、段差で浮いてしまえば熱は流れない。

つまり硬い材料では、材料性能よりも、

接触設計が重要になる。

必要に応じて、柔軟なTIMや粘着材との組み合わせが必要になる。

AIサーバーでは、GPU、HBM、電源部品、高速通信部品が高密度に配置される。

その周辺では、熱対策部材も複雑になる。

ここでバリや異物があると、

　● TIMが浮く

　● 冷却プレートとの接触が悪化する

　● 導電性異物が残る

　● 絶縁不良が起きる

　● EMI不良につながる　可能性がある。

つまりAIサーバーでは、微小な加工不良が大きな性能低下につながることがある。

EVやESSでは、バッテリーセル、冷却板、バスバー、絶縁材、断熱材が組み合わされる。

ここでバリや異物があると、

　● 放熱不良

　● 絶縁不良

　● セル温度差

　● 防水不良

　● 振動による摩耗

　● 長期信頼性低下　につながる可能性がある。

特に電池周辺では、安全性が重要である。

そのため、バリ・異物・段差は単なる工程不良ではなく、安全性に関わるリスクになる。

スマートフォンやウェアラブル機器では、部材が小さく薄い。

そのため、微小な異物や段差の影響が大きく出やすい。

例えば、

　● 放熱シートが浮く

　● 防水テープに隙間ができる

　● グラファイト粉が出る

　● 粘着材がはみ出す

　● 筐体との接触が悪くなる　といった問題が起きる。

ウェアラブル機器では、わずかな浮きや段差が装着感にも影響することがある。

研究開発では、材料物性が重視される。

しかし実際の製品では、バリ、異物、段差のような微小欠陥が性能を支配することがある。

特に熱対策では、

　● 接触面積

　● 空気層

　● 圧力分布

　● 界面状態

　● 絶縁距離　が重要になる。

つまり、研究値通りの性能を出すには、微小欠陥を抑える実装設計が必要になる。

現場では、バリや異物は外観不良として扱われることが多い。

しかし熱対策部材では、それだけではない。

外観上の小さな異常が、

　● 熱抵抗増加

　● 接触不良

　● 絶縁不良

　● 防水不良

　● ノイズ不良

　● 長期信頼性低下　につながる。

つまりバリ・異物・段差は、見える不良でありながら、

見えない性能不良を生む。

量産工程では、以下のような問題が起きることがある。

　● 打ち抜きバリ

　● 金属粉

　● グラファイト粉

　● セラミック粉

　● 粘着カス

　● フィルム片

　● 打ち抜きカス残り

　● 積層段差

　● 端部浮き

　● 圧着ムラ

　● 導電性異物によるショート

　● 異物による防水ライン不良

これらは、熱性能だけでなく、複合機能全体に影響する。

量産で安定させるには、以下を確認する必要がある。

　● 打ち抜き条件は適切か

　● 刃物状態は安定しているか

　● 材料端面にバリが出ていないか

　● 粉落ちする材料ではないか

　● 異物が残りやすい構造ではないか

　● 段差を吸収できる材料構成か

　● 圧着条件は適切か

　● 検査で検出できるか

　● 自動化工程で異物を巻き込まないか

　● 梱包・輸送で粉やカスが出ないか

つまり、バリ・異物・段差対策は、加工条件だけではなく、材料選定、工程設計、検査設計まで含む。

OTISは、熱材料そのものを開発する会社ではない。

しかし、バリ、異物、段差を抑えながら熱対策部材を量産加工する領域では貢献できる可能性がある。

OTIS視点で重要なのは、

　● 高精度打ち抜き

　● 微細加工

　● 端面品質

　● 粉落ち対策

　● 異物管理

　● 高精度ラミネート

　● 段差を考慮した積層設計

　● リール供給

　● 自動化工程向け供給形態　である。

熱対策材料は、良い材料を選べば終わりではない。

不要なバリを出さず、異物を残さず、段差を制御することが重要になる。

OTISでは、クリーンルーム製造にて、

　● 放熱シート加工

　● グラファイト加工

　● 金属箔加工

　● 絶縁材加工

　● 粘着材加工

　● EMI材加工

　● 高精度打ち抜き

　● 微細加工

　● 高精度ラミネート

　● 異種材料積層

　● リール供給

　● 自動化工程向け供給形態設計

などを通じて、バリ・異物・段差を抑えた熱対策部材づくりに貢献できる可能性がある。

一方でOTISは、

　● 材料そのものの開発

　● 完成品全体の熱設計

　● 顧客ライン全体の設備設計

　● 熱シミュレーション専業解析

　● EMI解析専業　を専門とする会社ではない。

しかし、熱対策部材を、バリ・異物・段差を抑えて量産工程へ供給する

という領域では、重要な役割を担える可能性がある。

★★★★★ AIサーバー

★★★★★ EV・電池

★★★★★ ESS・蓄電システム

★★★★★ スマートフォン

★★★★☆ ウェアラブル機器

★★★★☆ ロボット

★★★★☆ 通信機器

小さなバリ・異物・段差が、熱性能を壊す

熱対策では、材料の熱伝導率や厚みが注目されやすい。

しかし量産現場では、バリ、異物、段差が性能を壊すことがある。

バリは浮きを作る。

異物は接触を壊す。

段差は空気層を生む。

その結果、

　● 熱抵抗が増える

　● ホットスポットが発生する

　● 絶縁不良が起きる

　● 防水性が下がる

　● ノイズ不良につながる　可能性がある。

つまり、バリ・異物・段差は小さな外観不良ではない。

熱対策を量産で成立させる上での重要な管理項目である。

熱対策材料は、きれいに加工され、異物なく、段差を考慮して貼られて初めて、本来の性能を発揮する。

 

 

コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。

 

※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません