ค่าการนำความร้อนของวัสดุเชื่อมต่อฟอยล์กราไฟท์กับจาระบีระบายความร้อนสำหรับแท่นวางเป็นอย่างไร

ช่องว่างวิกฤตระหว่างแหล่งความร้อนและแม่พิมพ์

ระหว่างหน้าการทำงานที่ร้อนของแท่นกดและด้านหลังของแม่พิมพ์ จะมีช่องว่างอากาศขนาดเล็กมากอยู่เสมอ ช่องว่างนี้เป็นฉนวนความร้อนที่รุนแรง มีการใช้วัสดุที่แตกต่างกันสองชนิดในการเติม: จาระบีระบายความร้อนที่อ่อนนุ่มและอ่อนนุ่ม และกระดาษฟอยล์กราไฟท์ที่มีลักษณะคล้ายกระดาษแห้ง- ทั้งสองสัญญาว่าจะลดช่องว่างลง แต่พฤติกรรมระยะยาว-ของพวกเขาภายใต้ความร้อนแรงและแรงกดดันจากแท่นขึ้นรูปนั้นแตกต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง ทำความเข้าใจกับกราไฟท์ฟอยล์เทียบกับส่วนต่อประสานแผ่นจาระบีระบายความร้อนการเปรียบเทียบถือเป็นสิ่งสำคัญในการเลือกวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนที่ให้ประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอและไม่ต้องบำรุงรักษา-ตลอดอายุการใช้งานหลายปี

จาระบีระบายความร้อนทำงานอย่างไร – และจุดใดที่ล้มเหลว

องค์ประกอบและประสิทธิภาพเริ่มต้น

จาระบีระบายความร้อนคุณภาพสูง-คือส่วนผสมของอนุภาคเซรามิกที่นำความร้อนได้- เช่น ซิงค์ออกไซด์ อลูมิเนียมออกไซด์ หรือโบรอนไนไตรด์-ที่แขวนลอยอยู่ในซิลิโคนหรือน้ำมันไฮโดรคาร์บอน วางนี้สอดคล้องกันมาก เมื่อทาเป็นชั้นบางๆ ระหว่างแท่นวางและแม่พิมพ์ มันจะเติมเต็มทุกหุบเขาและรอยขีดข่วนด้วยกล้องจุลทรรศน์ โดยแทนที่อากาศที่เป็นฉนวน เริ่มแรกจาระบีระบายความร้อนจะทำงานได้อย่างยอดเยี่ยม ความสามารถในการสร้างเส้นพันธะ-บางพิเศษ (มักจะบางถึง 25–50 µm) ให้ความต้านทานความร้อนต่ำมาก แม้ว่าค่าการนำความร้อนจำนวนมากเล็กน้อยโดยทั่วไปคือ 1–5 W/m·K ก็ตาม

กลไกการย่อยสลายในระยะยาว-

อย่างไรก็ตาม กระบวนการที่ร้ายกาจสองกระบวนการผ่านกระบวนการระบายความร้อนมากกว่าพันรอบ ทำให้ประสิทธิภาพของจาระบีลดลง ขั้นแรก น้ำมันสามารถ "สูบออก"- ได้อย่างช้าๆ บีบออกจากระหว่างพื้นผิว เนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกันของแท่นวางและแม่พิมพ์ วงจรการให้ความร้อนและความเย็นแต่ละรอบทำหน้าที่เหมือนปั๊มขนาดเล็ก โดยจะขับของเหลวพาหะออกไปเพียงเล็กน้อย ประการที่สอง น้ำมันอาจทำให้แห้งและแตกร้าวได้ โดยเฉพาะที่อุณหภูมิแท่นสูงขึ้น (สูงกว่า 150 องศา) เมื่อน้ำมันระเหยหรือออกซิไดซ์ อนุภาคเซรามิกจะสูญเสียตัวกลางแขวนลอยและกลายเป็นเปลือกที่แห้งแตกและเป็นฉนวน ผลลัพธ์ที่ได้คือช่องว่างที่เต็มไปด้วยอากาศ-โดยที่จาระบีเคยใช้เป็นสะพานระบายความร้อน จากนั้นแท่นวางจะร้อนเกินไปในพื้นที่ และแม่พิมพ์จะเย็นลง-ซึ่งเป็นโหมดความล้มเหลวแบบคลาสสิกในการกด

กราไฟท์ฟอยล์: ทางเลือกที่มั่นคงและถาวร

โครงสร้างและสมบัติทางความร้อน

ฟอยล์กราไฟท์ผลิตจากเกล็ดกราไฟท์ธรรมชาติที่ผ่านการบีบอัดและบริสุทธิ์ สะเก็ดจะถูกขัดออกแล้วรีดภายใต้แรงดันสูงให้เป็นแผ่นบางและยืดหยุ่นได้ (โดยทั่วไปมีความหนา 0.2 ถึง 0.5 มม.) วัสดุที่ได้จะแห้ง แข็ง และปราศจากสารยึดเกาะของเหลวหรือน้ำมันใดๆ ไม่มีการปั๊ม- ไม่ทำให้แห้ง และไม่เกิดริ้วรอยจากสารเคมี

ค่าการนำความร้อนของกราไฟท์ฟอยล์เป็นแบบแอนไอโซโทรปิกสูง ในระนาบ- (ขนานกับพื้นผิวแผ่น) ค่าการนำไฟฟ้าจะสูงมาก-มักจะเกิน 200 W/m·K ซึ่งเทียบได้กับโลหะหลายชนิด เมื่อผ่าน-ระนาบ (ตามความหนา) ค่าการนำไฟฟ้าจะลดลง โดยทั่วไปคือ 5–15 W/m·K เนื่องจากโครงสร้างเป็นชั้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากฟอยล์ถูกทาเป็นแผ่นบาง ความต้านทานระนาบทะลุ-จึงยังคงต่ำ การผสมผสานระหว่างค่าการนำไฟฟ้าในระนาบ-สูงยังช่วยกระจายความร้อนในแนวขวาง ช่วยลดจุดร้อนบนหน้าแท่นวาง

ความสอดคล้องภายใต้ความกดดัน

ฟอยล์กราไฟท์ไม่เข้ากันกับแผ่นเปียก มันไม่ไหลลงสู่รอยแยกด้วยกล้องจุลทรรศน์โดยไม่ได้รับความช่วยเหลือ อย่างไรก็ตาม ภายใต้แรงกดในการจับยึดของเครื่องอัด (โดยทั่วไปคือ 5–20 บาร์) ฟอยล์กราไฟท์จะบีบอัดและสะเก็ดแต่ละชิ้นจะจัดเรียงใหม่ ทำให้แผ่นสอดคล้องกับความผิดปกติของพื้นผิว แรงดันในการจับยึดที่ต้องการนั้นสูงกว่าจาระบี แต่อยู่ภายในช่วงการทำงานปกติของแท่นอัดขึ้นรูปส่วนใหญ่ เมื่อบีบอัดแล้ว ฟอยล์จะคงรูปร่างและประสิทธิภาพทางความร้อนไว้อย่างไม่มีกำหนด โดยที่ภาระทางกลยังคงอยู่

จาระบีเป็นสะพานของเหลวชั่วคราวที่สามารถลอยออกไปอย่างช้าๆ กราไฟท์ฟอยล์เป็นสะพานเชื่อมที่มั่นคง ถาวร และเชื่อถือได้ ซึ่งจะคงอยู่ในตำแหน่งที่วางไว้

การเปรียบเทียบตัวต่อตัว-ถึง-: ปัจจัยหลัก

เหตุใดจึงเลือกใช้กราไฟท์ฟอยล์สำหรับแผ่นเพลทถาวร

ข้อได้เปรียบด้านความสม่ำเสมอ-ระยะยาว

สำหรับแท่นวางที่แทบจะไม่มีการถอดประกอบ-เช่น ในแท่นผลิตที่ทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปี-ความน่าเชื่อถือ-ในระยะยาวของฟอยล์กราไฟท์ทำให้เป็นตัวเลือกที่เหนือกว่า เมื่อติดตั้งและบีบอัดแล้ว ประสิทธิภาพการระบายความร้อนจะไม่เบี่ยงเบนไป ไม่จำเป็นต้องกำหนดเวลาปิดเครื่องเพื่อเปลี่ยนจาระบี โปรไฟล์อุณหภูมิของแท่นวางยังคงสม่ำเสมอ และแม่พิมพ์จะได้รับวงจรความร้อนที่สม่ำเสมอหลังจากรอบ

ในทางตรงกันข้าม จาระบีระบายความร้อนต้องมีการต่ออายุเป็นระยะ แท่นพิมพ์ที่ทำงานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันที่ 180 องศาอาจต้องใช้จาระบีใหม่ทุกๆ 6 ถึง 12 เดือน ขึ้นอยู่กับความถี่ของรอบการทำงาน การต่ออายุแต่ละครั้งจำเป็นต้องทำให้แผ่นรองเย็นลง ทำความสะอาดจาระบีเก่าที่แห้งแล้ว ทาซ้ำ และให้ความร้อนซ้ำ-การหยุดทำงานที่มีค่าใช้จ่ายสูงซึ่งการติดตั้งฟอยล์กราไฟท์หลีกเลี่ยงไม่ได้โดยสิ้นเชิง

การแลกเปลี่ยน-ปิด: ความต้านทานการสัมผัสเริ่มต้น

ฟอยล์กราไฟต์มีความต้านทานการสัมผัสเริ่มต้นสูงกว่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับชั้นจาระบีระบายความร้อนที่เพิ่งทาใหม่อย่างสมบูรณ์แบบ จาระบีมีลักษณะเป็นของเหลว จะทำให้ทั้งสองพื้นผิวเปียกได้อย่างสมบูรณ์แบบ และเติมเต็มช่องว่างลงไปถึงระดับย่อย-ไมครอน ฟอยล์กราไฟต์แม้อยู่ภายใต้ความกดดัน ทำให้เกิดช่องอากาศขนาดเล็กมากอยู่ที่ส่วนต่อประสาน อย่างไรก็ตาม ข้อเสียเปรียบเริ่มแรกเล็กๆ น้อยๆ นี้มีน้ำหนักเกินอย่างรวดเร็วด้วยประสิทธิภาพที่ไม่เปลี่ยนแปลงของฟอยล์เมื่อเวลาผ่านไป จาระบีอาจเริ่มดีขึ้นเล็กน้อยแต่จบลงแย่ลงมาก ฟอยล์เริ่มต้นได้ดีและยังคงดีอยู่

สรุป: อินเทอร์เฟซที่ไม่เคยเปลี่ยนแปลง

สำหรับส่วนต่อประสานแท่นวางแบบถาวรและเชื่อถือได้สูง ลักษณะที่แห้ง เสถียร และไม่มีปั๊มของกราไฟต์ฟอยล์ทำให้เป็นตัวเลือกการบำรุงรักษาที่เหนือกว่าและต่ำกว่าเมื่อเทียบกับความเสี่ยงในระยะยาวของจาระบีระบายความร้อน แม้ว่าจาระบีอาจมีความต้านทานความร้อนเริ่มต้นที่ต่ำกว่าเล็กน้อย แต่การเสื่อมสภาพที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ผ่านทางปั๊ม-ออก ทำให้แห้ง และการแตกร้าวทำให้เกิดโหมดความล้มเหลวที่ซ่อนอยู่ซึ่งฟอยล์กราไฟต์ไม่มี ส่วนเชื่อมต่อในการระบายความร้อนที่ดีที่สุดคือส่วนที่ไม่เคยเปลี่ยนแปลง-และกราไฟท์ฟอยล์เป็นวัสดุที่ทำตามคำมั่นสัญญาดังกล่าว