user 05/14/2025 Aluminium-J , automotive-J , heat sink-J , Technical Data-J Applications , CAD , cooling solutions , Efficiency , Heat Sink , Review , 自動車産業 , 자동차 , 자동차 산업 本稿は、「Applied Mechanics and Materials」によって発行された論文「The Summarize of High Power LED Headlamps Cooling Design of Automobile」に基づいています。 1. 概要: 2. 抄録: 高出力白色LEDの光束がさらに向上するにつれて、LEDは徐々に白熱灯やハロゲンランプに取って代わり、自動車照明の「第4世代光源(fourth generation light)」となるでしょう。現在、自動車用ヘッドランプへのLED応用には依然として多くの技術的困難があり、その中でも克服がより困難なものの一つがLEDヘッドランプの放熱(heat dissipation)問題です。本稿では、現在のLEDヘッドランプの放熱ソリューションを紹介し、放熱を改善するための将来の方向性を示します。 3. 緒言: 白色LEDは、小型、長寿命、低エネルギー消費、耐振動性、高速起動時間、環境保護などの利点により、新世代の自動車光源技術としてより良い選択肢となっています。自動車用ヘッドランプの光源としてLEDを使用することには多くの独自の利点があります。ほぼゼロの起動時間や低電圧電気安全性、長寿命といった特性に加え、特に複数のLEDランタンで構成できるため、LEDランプの外観を大幅に可塑化できます。中国は自動車産業が大きく発展する時期にあり、LEDヘッドランプの開発は自動車産業の発展を促進する上で大きな意義があります。 4. 研究の要約: 研究トピックの背景: LEDヘッドランプの開発は、いくつかの重要な課題に直面しています。LEDにおける電気エネルギーのかなりの部分、約70%が熱エネルギーに変換され、光になるのはわずか10%～30%です。効果的な冷却システムなしで長時間動作する高出力LEDカーヘッドランプの場合、LED温度が上昇する可能性があります。温度が125°Cを超えると、LEDの発光効率の低下や故障につながる可能性があります。したがって、自動車ヘッドランプにおけるLEDの広範な採用のためには、より優れた放熱システムの研究が不可欠です。 放熱(Heat-dissipation)は、LEDヘッドランプ、特に高出力LED（単一チップで1W以上を達成するものと定義）の開発における主要な障害として認識されています。熱が時間内に放散されない場合、LEDチップの接合部温度が急速に上昇し、炭化ケイ素(silicon carbide)が黄変したり、LEDの寿命が短縮されたり、さらには故障に至る可能性があります。 その他の重要な側面は次のとおりです。 先行研究の状況: 本稿は、既存のLEDヘッドランプ冷却ソリューションと現在の研究開発を要約しています。 既存のソリューションと分析 (熱問題 – Thermal Issue):LEDヘッドランプの温度は一般的に80°C未満であることが要求されます。現在の冷却ソリューションには以下が含まれます。 国内外の冷却技術に関する現在の研究: 国内外のLEDヘッドランプ特許技術の開発概要: 研究の目的: 本稿の目的は、現在のLEDヘッドランプの放熱ソリューションを紹介し、放熱を改善するための将来の方向性を提供することです。この研究は、LEDヘッドランプが80°C未満で動作することを保証するために、高効率の放熱技術を設計することの重要性を強調しています。 核心研究: 核心研究は、高出力自動車用LEDヘッドランプに適用可能な既存の放熱技術の包括的なレビューと要約を含みます。これには、さまざまな冷却方法の分析、国内外の最近の研究進捗の概要、および主要な自動車ランププロバイダーやメーカーからの特許技術の調査が含まれます。本稿は、この情報を統合して主要な課題を浮き彫りにし、LEDヘッドランプの冷却性能を向上させるための将来の方向性を提案します。 5. 研究方法論 研究設計: 本研究は文献レビュー方法論を採用しています。LEDヘッドランプ冷却技術に関連する既存の学術論文、会議議事録、特許、および技術報告書から情報を体系的に収集、統合、および議論します。 データ収集および分析方法: データは、公開された科学技術文献から収集されました。分析には、さまざまな冷却ソリューションの分類、さまざまな研究努力や特許設計からの主要な発見の要約、およびLEDヘッドランプ熱管理の分野における一般的な課題と傾向の特定が含まれていました。本稿は、一次的な実証研究や新しい実験データの生成を伴うものではなく、むしろ最先端技術の記述的かつ分析的な概要を提供します。 研究トピックと範囲: 主要な研究トピックは、高出力自動車用LEDヘッドランプの放熱の課題と解決策です。範囲は以下をカバーします。 6. 主要な結果:
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本稿は、「IEICE Electronics Express」に掲載された論文「Thermal management technology of high-power light-emitting diodes for automotive headlights」に基づいています。 1. 概要: 2. 要旨 (Abstract): 高出力LED（Light-Emitting Diodes）の放熱問題は、自動車用ヘッドライトへの応用を制限しています。LEDヘッドライト冷却のための熱需要は、熱伝達理論に基づいて分析されます。本研究では、温度フィードバック制御とヒートパイプおよびヒートシンクを組み合わせた能動的な放熱技術を提案します。対応するハードウェアおよびソフトウェア制御プロセスが設計されています。温度フィードバック制御は、合成ジェットデバイスの動作プロセスを判断・制御するMCU（Micro Control Unit）によって実現されます。ヒートパイプラジエーターの3DモデルはCATIAを用いて構築されます。このモデルは、流体熱力学シミュレーションソフトウェアFLOEFDを用いて最適化されます。最後に、サンプルランプを作製し、赤外線サーモメーターで試験します。各LED光源およびラジエーターフィンの温度分布を定量的に測定・分析します。これらの結果は、熱管理システムの設計と提案された技術が、周囲温度50°Cの条件下で高出力LED自動車用ヘッドライトの放熱問題を実際に解決することを確認するものです。 3. 緒言 (Introduction): 発光ダイオード（LED）は、小型、長寿命、低エネルギー消費、耐振動性、高速起動時間、環境親和性といった利点から、自動車用照明への応用が拡大しています。高出力・高輝度の白色LEDは、自動車用ヘッドライトの有力な候補となり、「第4世代」の光源として位置づけられています。しかし、LEDの電気光学変換効率が低いと、入力電力の大部分が熱に変換され、接合部温度が上昇します。高い接合部温度は、量子効率の低下、波長シフト、短寿命、さらには致命的な故障といった信頼性の問題を引き起こす可能性があります。したがって、適切な熱管理は、高効率照明システム、特にエンジンルーム近くの過酷な環境で作動し、高い密閉性、耐衝撃性、高温での安定性、そして限られたスペース内での動作が要求される自動車用ヘッドライトにLEDを採用する上で極めて重要です。効果的な熱設計は、LEDヘッドライトの正常な動作を保証し、性能を向上させるために不可欠です。 4. 研究の概要 (Summary of the study): 研究テーマの背景 (Background of the research topic): 自動車用ヘッドライト向けに有望視されている高出力LEDは、大量の熱を発生させます。この熱が効果的に管理されない場合、LEDの接合部温度が上昇し、性能低下や寿命短縮につながります。自動車用ヘッドライトは、高い周囲温度や限られたスペースといった厳しい条件下で作動するため、熱管理は特に困難な課題です。 先行研究の状況 (Status of previous research): LEDの熱管理については、フィンヒートシンク[17]やヒートパイプ[18]といった受動的冷却システム、能動的冷却システム[15, 16]など、様々な手法が研究されてきました。その他、マイクロチャネルヒートシンク[12, 13]、マイクロジェットアレイ冷却[21, 22]、電気流体力学的アプローチ[23]、熱電冷却[24]、MEMS技術を用いた相変化現象[25]、圧電ファン[26]といった先進的な手法も存在します。しかし、これらの戦略は、複雑な設計プロセス、信頼性の問題、コストの問題、あるいは冷却能力の不足を伴うことが多く、特に自動車用LEDヘッドライトの厳しい要求に対する実用化や普及の妨げとなっています。 研究の目的 (Purpose of the study): 本研究の目的は、高出力LED自動車用ヘッドライトの冷却要件を満たすために、温度フィードバック制御による放熱と組み合わせた効果的な冷却構造を設計することです。高出力LEDヘッドライトの応用と普及を制限している放熱問題を解決することを目指します。 研究の核心 (Core
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user 05/11/2025 Aluminium-J , heat sink-J aluminum alloy , aluminum alloys , CAD , Die casting , Die casting Design , Efficiency , Heat Sink , STP , 금형 , 알루미늄 다이캐스팅 本稿は、「Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society」発行の論文「Heat Analysis for Heat Sink Design Using Finite Element Method」を基に作成されたハンドブックレベルの解説資料です。 1. 概要: 2. Abstract: LEDは低炭素グリーンエネルギーの照明部品として脚光を浴びています。LEDは環境に優しく、効率的で耐久性がありますが、供給電力の80%が熱エネルギーに変換されるため、極端な温度上昇は耐久性を低下させる可能性があります。温度上昇はLED素子の寿命に影響を与えるため、放熱システムは重要です。そこで本論文では、LED電球のヒートシンク形状について熱解析を行い、最適性能を得るための温度制御システムを製品に適用しました。 3. Introduction: LEDは、低炭素グリーンエネルギー時代における照明器具として注目されています。環境調和性、高いエネルギー効率、長寿命といった利点を有しますが、供給電力の80%以上が熱エネルギーに変換されるため、温度上昇が避けられず、これがLED素子の寿命に悪影響を及ぼすため、放熱システムの重要性が増しています。本論文では、ダイカスト製造法を考慮したLED電球用ヒートシンクの様々な形状について熱解析を行い、放熱システムの効率性を分析します。ヒートシンクの製造方法としては、直接押出法とダイカスト法が広く用いられていますが、本研究では特にダイカスト法に適した設計に焦点を当てています。 4. 研究の要約: 研究テーマの背景: LEDは高効率・長寿命である一方、入力エネルギーの約80%が熱に変換されるため、相当量の熱を発生します。この熱はLED照明装置の接合部温度を上昇させ、効果的に放熱されない場合、熱過負荷によるワイヤ断線、層間剥離、はんだペースト接合不良、エポキシ樹脂の黄変などを引き起こし、最終的にLEDの故障や寿命低下につながります[1,2]。したがって、ヒートシンクによる効果的な熱管理が不可欠です。 従来の研究状況: 冷却フィンを用いた受動的放熱技術は、LED電球において広く採用されている技術です。ヒートシンクの一般的な製造方法には、直接押出法とダイカスト法があります。直接押出法では均一な断面のフィンを持つヒートシンクが製造されるのに対し、ダイカスト法では様々な断面やより複雑な形状のヒートシンクの製造が可能です[Fig. 1]。本研究では、G.Liebyによって報告された[7]、[Table 1]に示すようなアルミニウムダイカスト製品の最小肉厚などのダイカストの原理を活用しています。 研究の目的: 本研究の主な目的は、特にダイカスト製造の制約を考慮して設計されたLED電球用の様々なヒートシンク形状について熱解析を行うことです。これらのヒートシンク設計の放熱効果を分析し、LED電球に最適な熱性能を提供する形状を特定することを目標としています。 核心研究: 本研究の核心は、LED電球用の3種類の異なるヒートシンク底部設計（Type (a)、Type (b)、Type (c)）に対して、有限要素法（FEM）を用いた過渡熱解析を実施することです。LED電球モデルは、LED素子、PCB、アルミニウムケース、ヒートシンクなどの部品で構成されています[Fig. 3]。ヒートシンクの設計はPro-engineerソフトウェアを用いてモデル化され[Fig. 4]、ダイカストで適用可能な最小肉厚が考慮されています[Table 1]。本研究では、シミュレーションされた動作条件下でのLED素子およびヒートシンクの温度分布を評価し、それらの熱性能を比較します。 5. 研究方法論 研究設計: 本研究では、LED電球用の3つの異なるヒートシンク底部設計（[Fig. 4]に示すType (a)、Type (b)、Type (c)）の比較分析を行いました。熱平衡状態に達するまでの時間経過に伴う温度変化を観察するために、過渡熱解析を実施しました。ヒートシンクは、ダイカスト製造原理、特にアルミニウム合金の最小肉厚に基づいて設計されました[Table 1]。 データ収集及び分析方法: [Fig. 3]に示すLED電球の構造は、ガラスキャップ、16個のLED素子、PCB、アルミニウムケース、ヒートシンク底部および上部、ソケットから構成されています。これらの構成要素は、Pro-engineerを使用して3Dモデル化されました。アルミニウム、銅、ポリカーボネート、ガラス、GaNの材料特性は、[Table 3]および[Table
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この紹介論文は、「[Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society]」によって発行された論文「[Thermal Analysis of the Heat Sink Performance using FEM]」に基づいています。 1. 概要: 2. アブストラクト: 本研究では、自然対流冷却されるピンフィンヒートシンクの熱的挙動に関する数値解析結果を検討した。ヒートシンクはプレートフィンと一体化したピンフィンで構成された。限られた内部空間に適合するように2つの異なるタイプのヒートシンクが設計された。設計された2つのタイプのヒートシンクはANSYSソフトウェアパッケージを用いて解析され、数値解析結果は2つのタイプのヒートシンクの冷却性能と比較された。シミュレーション結果は、温度分布、空気流特性、熱流束などに基づいて解析された。本研究では、冷却性能とヒートシンク内部構造およびフィン形状との相関関係を検討した。FEM（有限要素法）により、自然対流条件下でのヒートシンクタイプAの冷却性能が最良の結果であることが確認された。数値シミュレーションの結果、ヒートシンクタイプAの形状は、タイプBと比較して自然対流下で約70％高い熱伝達率を示すことが示された。 3. 緒言: 近年の電子・機械部品技術の発展により、電子機器はますます高性能化、小型化、多機能化しており、システム内部に発生する発熱部の温度を制御するためにヒートシンクが使用されている。本研究では、P型およびN型半導体で構成される熱電デバイス(TE)の一種であるペルチェ素子によって冷却されるヒートシンクを対象とする。ペルチェ素子は、発熱部の温度を適切に制御しないと、冷却部へ熱が伝導して効率が急激に低下する問題がある。このため、発熱部の温度制御にはヒートシンクが不可欠であり、一般的には平板に冷却フィンが取り付けられたヒートシンクが使用される。本研究では、内部トンネル構造を持つ2種類のヒートシンクの熱性能評価を、有限要素プログラムであるANSYSを用いて数値解析した。数値解析は自然対流状態での熱性能を比較分析し、冷却フィン形状による熱性能を評価した。また、時間経過に伴う熱伝達特性と温度分布の解析結果を基に、ヒートシンクの性能評価を予測した。 4. 研究の概要: 研究トピックの背景: 電子機器の高性能化、小型化に伴い、内部での発熱量が増加し、これが機器の性能低下や故障の原因となっている。ヒートシンクはこれらの発熱部品の温度を管理するために使用される。特に、ペルチェモジュールのような熱電冷却素子を使用する場合、その高温側の効率的な放熱が冷却性能維持に不可欠である。 従来の研究の状況: 熱電デバイス[1-3]、特にペルチェ効果を利用した冷却器[4-6]やゼーベック効果を利用した発電機[7]に関する研究が行われてきた。ペルチェ素子のヒートポンプ現象[8]もよく知られている。一般的なヒートシンクはプレートフィン構造であり[9,10]、様々なヒートシンク設計と解析・実験による最適化が試みられてきた[11-13]。強制対流を用いたプレート型ヒートシンクに関する研究は多く[14,15]、ピンフィンヒートシンクにおける冷却フィンの高さ、直径、間隔が熱伝達に与える影響も調査されている[16]。 研究の目的: 本研究の目的は、内部トンネル構造を持つ2種類の異なる形状のヒートシンクについて、有限要素プログラムANSYSを用いて熱性能を評価することである。自然対流条件下での数値解析を通じて、冷却フィン形状による冷却性能を比較分析する。さらに、時間経過に伴う熱伝達特性と温度分布の解析結果に基づいて、ヒートシンクの性能を予測することを目指す。 核心研究: 本研究の核心は、内部トンネル構造とピンフィンを持つ2つの異なるヒートシンク形状（タイプA、タイプB）を設計し、3Dモデリングを行うことである。これらの設計に対し、ANSYSソフトウェアを用いて自然対流条件下での過渡熱解析を実施した。研究は、温度分布、熱流束、および全体の熱伝達率を比較検討することにより、与えられた制約条件下でより効果的な設計を特定することに焦点を当てている。 5. 研究方法論 研究設計: 内部にピンフィン構造を持つ2種類のヒートシンク、タイプAおよびタイプBをPro-Eソフトウェアを用いて設計した。ヒートシンクの材料にはアルミニウム(AL6061)を選定した。これらの設計の熱性能は、ANSYS FEMソフトウェアパッケージを用いた過渡熱解析により、特に自然対流条件下で評価した。 データ収集および分析方法: 解析は、フーリエの熱伝導法則（論文中 Eq. 1, 2）、ニュートンの冷却法則（Eq. 3）、およびフィンの有効性（Eq. 4）といった基本的な熱伝達原理に基づいている。数値シミュレーション（FEM）はANSYSを使用して実施した。シミュレーションの境界条件は以下の通りである： 研究トピックと範囲: 本研究の範囲は以下を含む： 6. 主要な結果: 主要な結果: 図表名リスト: 7. 結論: 本論文では、内部トンネル構造を持つピンフィンとプレートフィンで構成されるヒートシンクの自然対流条件下での熱性能を、数値解析の過渡熱解析を通じて確認した。数値解析は、自然対流状態での冷却性能を比較分析し、冷却フィン形状による熱性能を評価した。数値解析の結果、形状Aのヒートシンクが形状Bのヒートシンクよりも自然対流条件下で熱伝達率が約70%以上向上することが確認されたが、これは発生する熱を効率的に放熱する空気との接触面積が広く、空気流動や熱伝達率が向上したためである。また、時間変化に伴う温度分布も、形状Aのヒートシンクがフィンの中心方向に向かって低い温度分布を示す結果が得られた。本論文を通じて、ヒートシンクの構造およびフィン形状による冷却性能の相関関係を導き出すことができ、設計された形状別ヒートシンクの温度分布、熱流束に関する数値解析を通じて、形状Aのヒートシンクが良い結果を得ることができた。ヒートシンクの高さとフィン長さが増加するほど冷却性能が向上することが示された。したがって、フィン高さおよび長さの増加による伝熱面積の増加はヒートシンクの冷却性能向上に役立つが、特殊金型のような全体的なシステムの大きさを考慮して、適切なフィン高さと長さ、すなわち内部形状構造を考慮して選択しなければならない。本研究の結果を活用して、一般的なヒートシンク型自然対流放熱装置を設計する場合、ヒートシンクの内部形状および構造を考慮して適切な設計が可能になると予測される。 8.
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user 05/09/2025 Aluminium-J , automotive-J , heat sink-J , Technical Data-J Applications , CAD , CFD , cold plate , Computational fluid dynamics (CFD) , cooling solutions , Efficiency , Heat Sink , 자동차 , 히트 싱크 本稿は、「7th. Int. Conf. on Thermal, Mechanical and Multiphysics Simulation and Experiments in Micro-Electronics and Micro-Systems, EuroSimE 2006」に掲載された論文「Thermal Management of Bright LEDs for Automotive Applications」に基づいています。 1. 概要: 2. 要旨: 高輝度白色発光ダイオード（LED）は、屋外照明、タスク照明、装飾照明、さらには航空機や自動車の照明（自動車のヘッドライトを含む）など、多くの照明用途で非常に有望であることが示されています。本稿の目的は、自動車用途におけるこのようなLEDの冷却ソリューションを調査することです。本研究では、デバイスから基板、システムレベルまでの熱設計が実施され、最適な熱性能を見つけるための最適化作業が行われました。自然対流と強制対流の両方が検討され、この特定の用途における各ケースについて結論が導き出されています。 3. 緒言: GaNベースの材料技術の進歩に伴い、高輝度白色LED技術は過去数年間で飛躍的に発展しました。小型パッケージサイズ、スタイリングの柔軟性、白熱光源に対する優れた性能により、LEDはブレーキランプ、方向指示器、テールランプなど、今日の多くの自動車外装に広く使用されており、一部のコンセプトカーでは前方照明としても登場しています。しかし、現在、ヘッドライト用途に特化したLEDはありません。現在、LEDは生産車両向けには高コストなソリューションであり、十分なルーメン出力を提供していません。法的要件では、ヘッドランプにはランプあたり750 lmが必要とされています。しかし、現在の平均的な高輝度LEDの出力はわずか40 lm/Wであるため、基準を満たすためにはより多くのLEDとより高い駆動電力が必要となります。光出力の要求が高まるにつれて、LEDの駆動電力は継続的に増加します。LEDパッケージの熱管理は、これらのデバイスの効率、性能、信頼性に大きな影響を与えるため、ますます重要になっています。ダイオード接合部温度の上昇の結果、LED効率の低下と発光波長のシフトが生じます。したがって、高効率と比較的固定された波長を達成するためには、LEDを最大動作温度（すなわち125°C未満）よりも十分に低く保つための熱ソリューションが望まれます。これを達成するために、熱ソリューションは包括的であり、デバイス、パッケージ、基板、システムレベルのすべてのレベルで熱問題に対処する必要があります。この用途では、市販のベアダイ高輝度LEDが使用されます。適切な熱管理ソリューションの探索をサポートするために、すべてのレベルで計算流体力学（CFD）を使用した熱シミュレーションが実施されました。 4. 研究の概要: 研究トピックの背景: LEDからの光出力増加の要求は、より高い駆動電力につながり、その効率、性能、信頼性のために効果的な熱管理が不可欠となります。LED接合部温度の上昇は、効率の低下と発光波長のシフトをもたらします。自動車用途、特にヘッドライトでは、最適で安定した性能を確保するために、LED接合部温度を最大動作限界（例：125°C未満）よりも十分に低く維持することが重要です。 従来の研究の状況: 本論文では、LEDは自動車の外装照明に一般的であるが、ヘッドライト用途に特化したLEDはまだ標準ではないと指摘しています。現在のLEDは高価であり、ヘッドランプにはランプあたり750 lmが必要とされる生産車両には十分なルーメン出力を提供していません。現在の高輝度LEDが約40 lm/Wを出力することを考えると、必要な照明を達成するには、より多くのLEDをより高い電力レベルで動作させる必要があり、それによって高度な熱管理戦略の重要な必要性が強調されます。 研究の目的: 本稿の主な目的は、自動車用途、特にヘッドライトに使用される高輝度LEDの最適な冷却ソリューションを調査し、特定することです。この研究には、デバイスレベルから基板およびシステムレベルまでの包括的な熱設計プロセスと、可能な限り最高の熱性能を達成するための最適化作業が含まれます。この研究では、自然対流と強制対流の両方の冷却方法を検討しています。 研究の核心: 研究の核心は、15個のCree XBright900 LEDで構成されるシステムの熱設計と最適化でした。各LEDは最大2.5Wの熱を発生させることができ、5枚の基板にそれぞれ3個のLEDが配置されました。研究の主な側面は次のとおりです。 5. 研究方法論 研究デザイン: 本研究では、LEDダイ（デバイスレベル）からパッケージ、絶縁金属基板（IMS基板）、そしてヒートシンクとその動作環境（例：ヘッドライトエンクロージャ）を含むシステムレベルまでの熱管理問題に対処する、多段階の熱設計戦略を採用しました。反復的な最適化手法は、特にヒートシンクの設計プロセスにおいて中心的であり、相反する設計パラメータ（例：熱性能対重量、サイズ、製造可能性）のバランスをとることを目的としました。この研究は、Cree XBright900 LEDを使用するシステムに焦点を当て、5枚の基板に15個のLEDを分散させた構成（基板あたり3個のLED）で行われました。 データ収集と分析方法:
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user 04/29/2025 Aluminium-J , heat sink-J , Technical Data-J Air cooling , aluminum alloy , aluminum alloys , Aluminum Die casting , Applications , CAD , Die casting , Efficiency , 금형 , 알루미늄 다이캐스팅 この紹介資料は、「[発行ジャーナル/学会名は論文に記載なし]」によって発行された論文「Efficiency and Cost Tradeoffs Between Aluminum and Zinc-Aluminum Die Cast Heatsinks」に基づいています。 1. 概要: 2. 抄録: 高純度アルミニウムは、常に電子部品からの熱を除去するための優れたヒートシンク材料でした。しかし、特殊な形状の非押出ベースのヒートシンクの製造は、多くの材料ベースの問題を引き起こします。高純度アルミニウムはダイカストが非常に困難であり、通常、ダイカストプロセスを助けるために不純物を添加する必要があります。これらの少量の不純物により、材料の熱伝導係数はほぼ半分に低下します。結果として得られる熱伝導率は、多くの亜鉛ダイカスト材料のそれに非常に近くなります。ダイカストコスト、単価、高電力密度と低電力密度間の効率低下を比較するコストおよび性能分析が、様々な市販の亜鉛、亜鉛-アルミニウム、およびアルミニウムダイカスト材料間で検討されます。この検討は、44個のカスタムチップ（ダイあたり5ワットから55ワット）を利用する世界最速のグラフィックコンピュータであるUNCのPixelFlowの冷却システムの設計に関連して行われました。この9kWの空冷システムは非常にコンパクトで、寸法は18インチ×42インチです。短く高速な信号経路長は、近接して配置されたチップとカード間の熱を除去するための革新的で費用効果の高い方法を必要とします。 3. 序論: コンピュータやその他の電子機器における電力密度の増加により、既製のヒートシンクの選択肢と使用能力は低下しています。低電力（最大3ワット）アプリケーションでは、単純なクリップオンヒートシンクが効果的ですが、プロセッサチップのようなより強力で熱に敏感なコンポーネントには、より高価な鋳造または押出フィンヒートシンクが必要です。最も高価で冷却が困難な電子機器には、液体、伝導、または浸漬冷却が必要ですが、これらは大規模な科学機関や政府以外ではコスト的に法外です。現代の電子パッケージンググループは、現在の安価な空冷システムの限界に達しており、商業的に禁止されている液体または伝導冷却方法の使用を必要とする傾向にあります。商業的に実行可能であり続けるためには、空冷システムの設計者は、システムの実際の空気の流れとヒートシンクの設計に注意を払う必要があります。既製の押出材は安価で、ほとんどの中〜高電力アプリケーションに効果的ですが、部品密度がかなり高い場合、押出材固有の欠点が明らかになります。表面積に対する熱伝導率はそれほど高くなく、多数を直列に配置するとかなりの背圧（back pressure）を引き起こす可能性があります（初期のPixelFlowボード設計における冷却問題を示すFigure 2参照）。既製のオプションが利用できないか不十分な場合、カスタム設計のヒートシンクが必要になります。この論文は特に、UNCのPixelFlowグラフィックコンピュータの冷却課題に対処しており、非効率的な既製設計（1個あたり$2.50）の代わりに、カスタムソリューション（Figure 3）を使用して1個あたりわずか$0.73の費用効果の高い解決策を必要としました。 4. 研究の概要: 研究テーマの背景: 電子部品の電力密度の増加傾向は、単純な既製のヒートシンクよりも高度な熱管理ソリューションを必要とします。コスト上の理由から空冷が好ましい方法ですが、高密度システムではその有効性が課題となります。カスタムヒートシンク設計が重要になります。 従来の研究状況: 標準的なソリューションには、既製のアルミニウム押出ヒートシンクが含まれます。これらは費用効果が高いですが、2Dジオメトリ、熱性能、および高密度構成での空気の流れの妨害（背圧）によって制限されます。液体または伝導冷却のようなより高価なオプションが存在しますが、主流製品には商業的に実行可能でないことがよくあります。カスタムオプションには、機械加工部品、鋳造/機械加工フィン、および完全鋳造ヒートシンクが含まれます。 研究の目的: カスタムヒートシンク用の様々なダイカスト材料（亜鉛、亜鉛-アルミニウム、アルミニウム）を比較するコストおよび性能分析を実施すること。この研究は、高電力、高密度システム（UNCのPixelFlow）の冷却ソリューションを設計する文脈で、熱効率（主に熱伝導率）とコスト（金型費、単価）の間のトレードオフを評価することを目的としています。 研究の核心: この研究は、特定の空気の流れ条件に最適化された複雑な3D形状のヒートシンクを作成するためのダイカストの適合性に焦点を当て、これをより単純な2D押出材と比較対照します。ヒートシンクの性能と製造に関連する材料特性を検討します： 5. 研究方法論 研究設計: この研究は比較分析方法論を採用し、様々なヒートシンク材料（主にダイカストオプション対アルミニウム押出ベンチマーク）を熱性能、製造特性、およびコストに基づいて評価します。UNC PixelFlowグラフィック スーパーコンピュータ プロジェクトの設計要件と経験に大きく依存するケーススタディ アプローチを使用します。 データ収集および分析方法: 様々な合金（Zamak 3、ZA-8、ZA-27、Aluminum 357、Aluminum 380、Brass 360）の材料特性（熱伝導率、熱膨張、密度、融点、引張強度）に関するデータが収集されました。コストデータ（金型費、材料費、5,000個生産時の単価）は、ダイカスターからの見積もりを通じて収集された可能性が高いです（表の注記から示唆される）。温度勾配分析（例：Figure 2 – Heatsink Temperature Gradient）を含む熱性能が評価され、これは熱シミュレーション（シャーシの空気流れ解析にFEAが言及されている、Figure 4）によって情報を得た可能性が高いです。主要な特性とコストを要約するために、「Heatsink Material Comparison Table」が作成されました。
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本紹介資料は、「International Journal of Engineering Science and Technology (IJEST)」に掲載された論文「Improvement in Conventional Water Jacket Method in Mould Cooling Using Heat Pipe」に基づいています。 1. 概要: 2. 抄録: ダイカスト金型および射出成形金型は、従来のウォータージャケット方式で冷却されます。金型冷却は、部品の品質とサイクルタイムの目的で非常に重要です。使用される従来のウォータージャケット方式には多くの欠点があり、そのため金型冷却の効果は最適ではありません。したがって、すべての欠点を克服し、最適化できる技術が登場しました。本提案研究の主な目的は、ヒートパイプの適用により金型冷却における従来のウォータージャケット方式を改善することです。ヒートパイプはこのような状況で非常に重要な役割を果たし、効果的な結果を示し、それによって金型冷却における従来のウォータージャケット方式を改善します。これは純銅よりも何倍も速く熱を伝達します。 3. 緒言: プラスチックは、熱と圧力を加えると任意の所望の形状に成形できる合成有機材料です。プラスチックは、重量、コスト、耐湿性、強度、耐薬品性において多くの利点を提供する魅力的な材料であるため、現代の工学用途でますます受け入れられています。成形は、プラスチックの製造に使用される最も一般的な方法です。成形プロセスは、プラスチックを加熱すると、金型に押し込むことができる粘性液体に軟化し、そこで所望の形状に固化するという事実に基づいています。射出成形とダイカストは、プラスチックの製造における最も一般的な方法です。 4. 研究の概要: 研究テーマの背景: ダイカストは、溶融金属を圧力下で分割された金属ダイ（一般的な永久鋳型に似ている）に強制的に注入することにより、正確な寸法の部品を迅速に製造する技術です。一方、射出成形は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を金型に射出するプロセスです。どちらのプロセスも、金型内で材料を固化させるために効果的な冷却システムを必要とします。従来の方法はウォータージャケットに依存しています。 従来の研究状況: しばしばバッフルやブレードと共に使用される従来のウォータージャケット方式は、ダイカストおよび射出成形における金型冷却の標準的な技術です。しかし、この方法にはいくつかの制限があります。 研究の目的: 本研究は、従来のウォータージャケット方式の枠組み内でヒートパイプを適用することにより、改善された金型冷却技術を提案することを目的としています。目標は、従来のウォータージャケットシステムの欠点を克服し、金型冷却プロセスを最適化することです。 中核研究: 中核となる提案は、金型冷却システムへのヒートパイプの統合です。ヒートパイプは、ウィックと作動流体を含む真空密閉された銅管として説明されます。これは、高温端（蒸発器）で作動流体を蒸発させ、蒸気を低温端（凝縮器）に輸送し、そこで凝縮して潜熱を放出することによって機能します。凝縮した液体は、ウィックを通る毛細管作用によって蒸発器セクションに戻ります。このサイクルにより、ヒートパイプは純銅よりも大幅に速く熱を伝達できます。研究では、ヒートパイプの性能は向きなどの要因に依存し、一般に水平方向が金型冷却に最適な熱性能を提供することが指摘されています。ヒートパイプは、射出成形金型（+5°C〜+200°C）およびダイカスト金型（+5°C〜+350°C）に適したさまざまな温度範囲で利用可能です。動作温度範囲に応じて、さまざまな作動流体を使用できます（Table 3.1参照）。典型的な用途には、ボールペン、バレル、使い捨て注射器などの小さなコアの冷却、コアの薄肉部分、水冷が錆や不純物により詰まった古い金型、または金型に発生した亀裂による水循環が不可能な場合、および一部の製品（ラゲッジバッグなど）でコア側からのゲートが必要な場合（リバースモールドとして知られる）が含まれます。強調されている利点には、より速い冷却、サイクルタイムの短縮、部品品質の向上（ホットスポット、シンクマークの排除）、金型設計の簡素化、製造コストの削減、メンテナンスの削減（スケーリングと詰まりの問題の排除）、および既存の金型のアップグレード能力が含まれます。 5. 研究方法論 研究設計: 本論文は、従来のウォータージャケット方式の限界と比較して、ヒートパイプ技術の既知の原理と利点に基づいて金型冷却を改善するための提案を提示します。この文脈におけるヒートパイプの概念、操作、および適用について概説します。 データ収集と分析方法: 本研究は、確立された知識に基づいて、従来のウォータージャケット冷却方式の限界を分析します。ヒートパイプの動作特性を説明し、従来の方法と比較してその熱伝達能力を定性的に比較します。向きの影響は、異なる設定を示す図を参照して議論されます。適切な作動流体とその動作範囲に関する情報が提示されます（Table 3.1）。分析は、金型冷却における既知の問題を解決するためにヒートパイプの特性を適用することから得られる潜在的な利点に焦点を当てています。 研究トピックと範囲: 本研究は、ダイカストおよび射出成形金型における従来のウォータージャケット冷却システムへの強化策としてのヒートパイプの適用に焦点を当てています。範囲には以下が含まれます。 6. 主な結果: 主な結果: 本研究は、従来のウォータージャケット方式と組み合わせてヒートパイプを適用することで、従来の金型冷却に関連する欠点を効果的に排除できると結論付けています。強調された主な結果は次のとおりです。 図のリスト: 7. 結論: 金型冷却における従来のウォータージャケット方式へのヒートパイプの適用により、従来のアプローチに関連するさまざまな欠点が効果的に解消されることがわかりました。この統合により、冷却関連の問題が排除され、成形部品の品質が向上します。さらに、非常に高い生産率が達成されます。したがって、ヒートパイプは、金型冷却において最も効率的で有益なツールであることが証明されました。
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user 04/02/2025 Aluminium-J , heat sink-J , Technical Data-J Air cooling , air-cooled heat sinks , Applications , CAD , cold plate , cooling solutions , Efficiency , Heat Sink , heat spreader , Review この紹介論文は、「Heat Transfer Engineering」に掲載された論文「Challenges in Cooling Design of CPU Packages for High-Performance Servers」に基づいています。 1. 概要: 2. 抄録: 高性能サーバーのCPUパッケージにおける高密度かつ非対称な放熱に対処する冷却技術について論じる。熱管理スキームと関連技術の開発を、産業応用の観点からレビューする。特に、パッケージ内の熱伝導とパッケージ/ヒートシンクモジュールからの熱除去に注目する。高性能マイクロプロセッサの消費電力とパッケージ冷却特性を分析する。チップ/ヒートスプレッダアセンブリにおけるインジウム-銀合金の熱的・機械的性能を研究した、新しい金属系熱界面技術の開発を紹介する。また、ダイヤモンド複合放熱材料など、他の熱管理材料に関する研究についても報告する。ヒートパイプとベイパーチャンバーの強化された熱拡散能力を示すために、いくつかの実際のパッケージ設計について説明する。 3. はじめに: 高性能コンピュータサーバーは、重要なデータ処理能力と計算能力が要求される最先端の研究、開発、サービス分野で広く利用されている。これらのサーバーには、高速かつ大規模な伝送性能に加え、高い信頼性、高効率、そして低消費電力、小型化、低騒音などの環境適合性が求められる。高性能マイクロプロセッサ（CPU）の消費電力は継続的に増加している。さらに、小型化と設計の複雑化は、プロセッサ内の電力分布を非常に非対称にしており、一部の局所領域ではチップ平均よりもはるかに高い電力密度が生じ、いわゆる「ホットスポット」が発生する。これらのホットスポットは、局所的な温度上昇とチップ全体にわたる大きな温度勾配を引き起こし、プロセッサの性能と信頼性に悪影響を与え、冷却効率も低下させる。加えて、高密度パッケージングによる局所的な周囲温度の上昇と、高い信頼性を確保しリーク電流を抑制するための接合部温度低下の要求により、温度バジェット（許容温度範囲）が縮小し、高性能プロセッサパッケージの熱管理における課題が増大している。パッケージレベルでの冷却能力は、プロセッサのアーキテクチャと設計にとって極めて重要であり、サーバーメーカーの研究開発における主要な焦点と考えられている[1-3]。典型的な高性能プロセッサパッケージの構造（図1）は、第1レベルの熱界面材料（TIM-1）を介してチップに接着された統合ヒートスプレッダ（IHS）を特徴とする。TIM-1はチップとIHSを熱的および機械的に結合する。IHSはチップからの熱をより広い領域に拡散させ、非対称な電力分布によって引き起こされるチップ上の温度勾配を最小限に抑える。空冷ヒートシンクは、第2レベルの熱界面材料（TIM-2）を間に挟んでIHSに取り付けられ、ヒートシンクフィンから周囲の空気へと熱を放散する。本研究では、プロセッサの消費電力特性の分析と関連するパッケージ冷却技術のレビューに基づき、高密度かつ非対称な消費電力への対応における課題を議論する。これには、チップとそのヒートスプレッダを結合するための新しい金属系熱界面技術の特性、複合放熱材料の効果などが含まれる。 4. 研究の要約: 研究テーマの背景: 高性能サーバー向けCPUにおける消費電力の増加、電力密度の増大、特に非対称な電力分布（ホットスポット）は、深刻な熱管理の課題を引き起こしている。これらの課題は、小型化のトレンドと許容動作温度範囲の縮小によってさらに悪化し、サーバーの性能、信頼性、冷却効率に影響を与えている。パッケージレベルでの効果的な冷却が不可欠である。 先行研究の状況: 高性能サーバーCPUパッケージには、様々な冷却技術が適用されてきた。例としては以下のようなものがある： 研究の目的: 本研究の目的は以下の通りである： 研究の核心: 本研究の核心は以下の点にある： 5. 研究方法: 研究デザイン: 本論文はレビューと分析のアプローチを採用している。業界の実践、公開された文献、技術ロードマップ、著者によって実施または引用された特定の技術調査（モデリング、シミュレーション、実験を含む可能性がある）からの情報を統合している。高性能サーバーCPU向けの冷却技術における課題を特定し、その進歩を提示することに焦点を当てている。 データ収集・分析方法: 研究テーマと範囲: 本研究は、高性能サーバーにおけるCPUパッケージの熱管理の課題と解決策を対象とする。主なトピックは以下の通りである： 6. 主な結果: 主な結果: 図のリスト: 7. 結論: 高性能サーバー向けCPUパッケージの熱管理は、消費電力の増加、密度の増大、非対称性（ホットスポット）、小型化、デバイスの複雑化により、重大な課題に直面している。本論文ではこれらの課題を議論し、CPU消費電力の特性をレビューし、先進的な熱ソリューションに関する調査結果を提示した。探求された主要な領域には、先進的な熱界面材料（TIM-1用の金属系In-10Agなど）、高熱伝導率の放熱材料（複合材を含む）、空冷ヒートシンクの冷却能力を強化する方法（ヒートパイプやベイパーチャンバーの使用）が含まれる。産業界は、コスト効率の良い従来の冷却技術の限界を押し広げると同時に、将来の高性能プロセッサの熱要求を満たすために先進的なソリューションを積極的に追求するという、極めて重要な必要性に直面している。 8. 参考文献: 9. 著作権: この資料は上記の論文に基づいて要約されたものであり、商業目的での無断使用を禁じます。Copyright © 2025 CASTMAN. All rights reserved.
この紹介論文は、[Applied Thermal Engineering]誌に掲載された論文「Medium temperature heat pipes – Applications, challenges and future direction（中温ヒートパイプ – 応用、課題、および将来の方向性）」の研究内容です。 1. 概要: 2. 抄録 ヒートパイプは、特に航空宇宙、電子機器、自動車、発電業界において、熱管理に利用されてきました。動作温度範囲によって、特定の流体とケーシング材料が必要になります。300～600℃（「中温」または「中間温度」）の範囲で動作するヒートパイプの需要が高まっていますが、適切な作動流体が不足しているため、開発が進んでいません。本論文は、中温ヒートパイプの開発における主要な取り組みを要約し、有望な作動流体と壁材料に焦点を当てています。（a）現在のアプリケーション、（b）中温作動流体の研究、（c）ヒートパイプの性能予測の原理、（d）新規ヒートパイプ作動流体を中心とした今後の研究の方向性、および標準化された流体評価フレームワークについて検討しています。 3. 研究背景: 研究テーマの背景: 電力密度が増加しているため、最新のエンジニアリングにおいて熱管理は不可欠です。ヒートパイプは、従来の固体材料と比較して優れた熱伝達能力を提供します。 従来の研究の状況: ヒートパイプは、極低温から高温まで、さまざまな温度範囲に対応して開発されてきました。しかし、中温域（300～600℃）では、作動流体の選択肢が限られているという課題があります。既存の研究は、長期的な適合性試験に重点が置かれ、分析的アプローチが限定的であるなど、一貫性に欠けることがよくあります。 研究の必要性: 中温域のヒートパイプの需要は高まっていますが、適切な作動流体が不足しているため、開発が妨げられています。従来の研究は断片的であり、包括的な解決策がありません。 4. 研究目的と研究課題: 研究目的: 中温ヒートパイプの開発における主要な取り組みを要約し、最も有望な作動流体と壁材料を明らかにすること。 主要な研究課題: (a) 中温ヒートパイプの恩恵を受ける可能性のある現在のアプリケーション、(b) 中温作動流体に関する既存の研究、(c) ヒートパイプの性能予測、流体分析、流体/金属の適合性、および流体選択の背後にある原理、(d) 特に新規ヒートパイプ作動流体に焦点を当てた、潜在的な将来の研究の方向性。 5. 研究方法 この論文は文献レビューです。中温ヒートパイプに関する既存の研究を要約し、分析しています。本論文では、現在のアプリケーション、中温作動流体に関する以前の研究、ヒートパイプの性能の原理、および将来の研究の方向性を探ります。流体評価フレームワークが提案されています。研究デザインは、実験的研究、数値モデリング、理論的分析を含む、発表された文献のレビューと分析です。データ収集には、Scopus.com [29] などのデータベースで関連する出版物を検索することが含まれていました。分析には、研究結果の定性的評価と、流体特性および性能の定量的比較が含まれます。 6. 主要な研究結果: 主要な研究結果と提示されたデータ分析: 図表名リスト: 7. 結論: 主要な調査結果の要約: 中温ヒートパイプの必要性が高まっています。有機流体は、一般的に400℃以上では不適切です。ハロゲン化物系流体は、限られた性能を示します。液体金属は、理論的には最高の性能を示しますが、実際的な課題に直面しています。一部の混合物は有望ですが、データが不足しています。{研究結果の要約。研究の学術的意義、研究の実用的な意味}本論文は、特に新しい作動流体の開発と特性評価において、さらなる研究が必要であると結論付けています。標準化された流体評価フレームワークが、研究を加速するために提案されています。中央データベースとヒートパイプモデリングツールの開発が不可欠です。 8. 参考文献: (省略：原文の参考文献リストを参照) 9. 著作権:
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user 03/21/2025 Aluminium-J , heat sink-J , Technical Data-J Al-Si alloy , aluminum alloy , aluminum alloys , Aluminum Casting , Applications , Die casting , High pressure die casting , Microstructure , Permanent mold casting , 금형 この紹介資料は、[‘METAL 2019 Conference Proceedings’]に掲載された[“‘熱処理不要の有望な鋳造アルミニウム合金'”]論文の研究内容です。 1. 概要: 2. 概要 (Abstract) Al-Zn-Mg系をベースとし、Ca、Ni、Ceをドープした3種類のアルミニウム合金を研究しました。高温割れ傾向、相組成、組織形成の調査を実施しました。Ca、Ni、Ceグループの元素による合金化は、市販のA206合金よりも優れた鋳造特性を向上させるのに効果的です。砂型鋳造中の徐冷後の組織は、主に針状のAl3Feを含んでいます。しかし、金型鋳造後の鉄含有相は、三元相Al10CaFe2、Al9FeNi、Al10CeFe2のみです。ZnおよびMg含有量のほとんどは、鋳造の結果としてアルミニウム固溶体中に存在し、as-cast状態で適切な機械的特性をもたらします。さらに、鉄含有量が高いと、新しい合金をリサイクルタイプに含めることができ、低品位アルミニウムまたはスクラップを使用して製造できる可能性があります。 3. 研究背景: 研究テーマの背景: ほとんどの鋳造アルミニウム合金は、共晶成分とリサイクル性により鋳造性に優れたAl-Si (4xx)合金です[1, 2]。しかし、非熱処理Al-Si合金は、通常、as-cast状態での極限引張強さ(UTS)が限られているか、延性が低い[2, 4, 5]。Al-Mg (5xx)合金は高い延性を達成できますが、多くの場合、降伏強さ(YS)が低い[2, 6-8]。通常、鍛造製品に使用されるAl-Zn-Mg (7xxx)合金は、時効後に高い強度を提供しますが、共晶液相がないため鋳造性が低い[1]。 先行研究の現状: 以前の研究では、Al-Zn-Mg合金に共晶形成元素と鉄を添加する方法が検討されてきました[10, 11]。Al-Zn-Mg-Ni-Fe合金は、T6状態で高いUTSを達成し、有望性を示しています[11]。Al-Zn-Mg合金へのカルシウム添加は、耐食性を改善し、密度を低下させることができ[12]、いくつかの研究ではAl-Zn-Mg-Ca-Fe合金に焦点を当てています[10]。セリウムはアルミニウム合金中で共晶相を形成しますが[14]、Al-Zn-Mg合金での使用は限られており、いくつかの研究ではAl-Zn-Mg-Cu合金中で粗大なAl8Cu4Ce形成が示されています[15]。 研究の必要性: 熱処理を必要とせず、as-cast状態で高い強度と延性を示し、潜在的にリサイクル材料を利用できる鋳造アルミニウム合金の必要性があります。 4. 研究目的と研究課題: 研究目的: as-cast状態での使用を目的としたAl-Zn-Mg-Ni(Ca, Ce)-Fe系に基づく、有望な新しい高強度アルミニウム合金を得るための主要な機会を実証すること。 主要な研究: 鋳造特性、微細構造、機械的特性の調査の決定。 5. 研究方法 この研究には、Al-5.5% Zn-1.5% Mgマトリックスをベースとし、0.5% Feと、それぞれ1% Ni、1% Ca、1% Ceをドープした3つの実験用アルミニウム合金の作成が含まれていました。合金は、純粋な材料と母合金を溶融することによって製造されました。溶湯精製は、C2Cl6粉末注入を使用して行われました。化学組成は、ARL3460発光分光計を使用して分析されました(Table 1)。高温割れ試験は、ペンシル型鋳物を使用して実施されました。微細構造分析は、SEM (TESCAN VEGA 3)および電子マイクロプローブ分析(Oxford AZtec)を使用して実行されました。試料は電解エッチングされました。徐冷(砂型)および金型鋳物(Figure 1)が製造されました。引張試験は、Z250 Zwick/Roellマシンを使用してas-castサンプルで実施されました。 6. 主要な研究結果: 主要な研究結果と提示されたデータ分析: 高温割れ試験(Figure 2)では、実験合金(A1、A2、A3)が市販のA206合金よりも優れた鋳造特性を持つことが示されました。徐冷後の微細構造分析(Figure 3)では、主に針状のAl3Fe相が明らかになりました。金型鋳物は、より微細な微細構造を示しました(Figure
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![[Fig. 3] Structure of LED light bulbs](https://castman.co.kr/wp-content/uploads/image-2232-570x342.webp)
![[Fig. 3] Temperature distribution of heat sink](https://castman.co.kr/wp-content/uploads/image-2228-570x342.webp)
![Fig. 5. STRATFLY MR3 Hypersonic vehicle concept by Fusaro et al. [78].](https://castman.co.kr/wp-content/uploads/image-1638-570x342.webp)
