熱伝導率で勝つか、重さと費用で勝つか。折り合いをお選びください。

熱がどれだけ厳しいか次第です。熱伝導率では銅が2.4倍勝り、値段では銅が三倍高い。たいていの用途はアルミニウムで足ります。大きめのアルミ製にすれば、同じ冷却効果がより安く得られるからです。銅に分があるのは、寸法の制約でヒートシンクを大きくできないとき、熱流束が高すぎて大型のアルミでも追いつかないとき、安全率としての熱的余裕が要るとき、そして高級品として見栄えが問われるときです。

よくある折衷です。熱源に直に触れるベースは銅、対流で冷やすフィンはアルミニウム。銅が効率よく熱をフィンへ広げ、アルミのフィンが安く広い表面積を稼ぐ。CPUクーラーではおなじみの形です。作り方は、銅のベースを切削し、フィンはアルミの押出形材とし、はんだ付けするかエポキシで接着します。多くの用途で、一ドルあたりの冷却性能はこれが最良です。

アルミニウムは銅の三分の一の重さですから、航空宇宙、手持ちの機器、携帯する装置では重さで勝ちます。100ワットのCPU用の銅製ヒートシンクは1キロから2キロ、同等のアルミ製なら0.4から0.7キロ。据え置きの機械なら重さは問われず、銅で結構です。携帯機器ならアルミニウムしかなく、そのぶんの妥協——ヒートシンクは小さく、持続できる電力は低く——を受け入れることになります。

アルミニウムは冷間でも温間でも楽に押し出せ、薄肉の込み入ったフィン形状もできます。アルミ製ヒートシンクの八割は押出形材です。銅は熱間でしか押し出せず、高温高圧を要するため、形状は単純に、肉は厚くなり、費用もずっとかさむ。ですから銅のヒートシンクの多くは板からの切削で、押出ではありません。これが銅の割高に輪をかけます。安い押出の道がないのです。

どちらもふつうの熱伝導材料——シリコーン系のグリース、放熱シートなど——と相性よくなじみます。銅のほうがグリースの濡れはわずかに良い。ただしガリウム系の液体金属は要注意で、アルミニウムに触れさせてはいけません。侵してしまいます。銅は標準的な熱伝導材料のすべてと使えます。

銅は時とともに酸化して鈍い茶色になり、その酸化膜は素の銅より熱を通しません。長く働かせたいなら、3から5µmのニッケルめっきが面を守ってくれます。アルミニウムはすぐに不動態の酸化膜をつくり、何年も安定しています。屋外で使うなら、どちらの場合も——アルミは陽極酸化、銅はニッケルめっきを。黒の陽極酸化なら、輻射のぶんさらに3から5℃冷えます。