水冷ヒートシンクとは？IGBT・レーザー・LEDを水で冷やす水冷ヒートシンク（コールドプレート）の種類（ろう付け・パイプ式・マイクロチャンネル・内部フィン）と、材質・熱抵抗・価格の選び方

水冷ヒートシンクとは

水冷ヒートシンクは、IGBTなどのパワー半導体、レーザーダイオード、LED、ペルチェ素子の熱を、板の中を流れる水へ移して運び出す部品です。冷えた水はチラーなどで回します。

比較ページには、日本の会社が自社で作る水冷ヒートシンクを、各社の代表の品番の単位で載せています。空気で冷やすヒートシンク、パソコン自作向けの水冷キット、商社が売る他社の製品は載せていません。

4つの作り方

• 溝とフタのろう付け型は、板に水の通り道を掘ってフタをろう付けします。カワソーテクセルの HS-C120 などがこの作りです
• パイプ埋め込み型は、銅やステンレスのパイプをアルミの板で挟んだりロー付けしたりします。高木製作所の AP-700W と LSIクーラーの YC16V174 がこの作りです
• マイクロチャンネル型は、細く短い流路を行列に並べ、拡散接合で一体にします。WELCON の M4040 がこの作りです
• 内部フィン型は、冷却水の通路の中に細かいフィンをろう付けします。住友精密工業のコールドプレートがこの作りです

材質の違い

• 銅は3つの中で熱が伝わりやすく、熱伝導率は398W/m・Kです。アルミの約2倍、ステンレスの20倍以上あります
• アルミは銅に比べ重さが3分の1です。高木製作所は、アルミ製は銅製より冷える力と耐久性が劣ると書いています
• ステンレスは銅やアルミが使えない環境で使います。カワソーテクセルのステンレス製の標準品は、水道水や工業用水も流せて、真空の中でも使えます

流してよい冷媒

• カワソーテクセルは、銅とアルミの水冷ヒートシンクに、イオン交換で管理した純水、防錆剤入りの不凍液、エチレングリコールと純水を勧めています
• 水道水をそのまま流したいなら、ステンレス製を選びます

熱抵抗の見方

• 熱抵抗は、小さいほどよく冷えます。高木製作所の AP-700W は0.005℃/W、I-400S は0.015℃/Wです
• 住友精密工業のコールドプレートは、5〜2K/kW以下と書いています
• 測り方の条件は各社で違います。数字だけで比べず、同じ流量と熱量で比べた資料をメーカーに頼みます

IGBT用の選び方

• IGBTモジュールの取付穴に合わせた品番を選ぶと、タップの追加工なしで付けられます
• カワソーテクセルの HS-C80-170-P48-93-M6 は、取付穴間隔48×93mmでM6のタップが立って届きます
• 高木製作所の I-400S は厚さ5mmの銅板で、400A級のIGBTを片面から冷やします

標準品と特注品、値段

• カワソーテクセルは30種類以上の標準品を1個から即納で出しています。カスタム品の納期は2か月です
• 高木製作所の銅製の標準品は20mm角から1m長まであり、在庫品は即納です
• 住友精密工業のコールドプレートは受注製作で、最大1300×1800mmまで作れます
• 値段を公式に出しているのは高木製作所で、AP-700W と I-400S はどちらも1個29,800円です。まとめて買うと下がります