ชิป CPU/GPU แผ่นระบายความร้อนซิลิโคนมีบทบาทสำคัญในการจัดการความร้อนที่เกิดจากโปรเซสเซอร์สมัยใหม่ โดยการถ่ายเทความร้อนจาก CPU และ GPU ไปยังอุปกรณ์ต่างๆ อย่างมีประสิทธิภาพ แผ่นระบายความร้อน, เหล่านี้วัสดุเชื่อมต่อความร้อน ช่วยรักษาอุณหภูมิการทำงานให้คงที่และปรับปรุงความน่าเชื่อถือโดยรวมของอุปกรณ์ เนื่องจากกำลังการประมวลผลยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในศูนย์ข้อมูล ระบบเกม และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค แผ่นระบายความร้อนซิลิโคน ได้กลายเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นสำหรับการระบายความร้อนชิปอย่างมีประสิทธิภาพ
แผ่นซิลิโคนนำความร้อนเป็นวัสดุตัวกลางนำความร้อนชนิดหนึ่งที่สังเคราะห์ขึ้นด้วยกระบวนการพิเศษ โดยใช้ซิลิโคนเป็นวัสดุพื้นฐานและวัสดุเสริมต่างๆ เช่น โลหะออกไซด์ ในอุตสาหกรรมเรียกอีกอย่างว่า แผ่นซิลิโคนนำความร้อน แผ่นซิลิโคนนำความร้อน แผ่นรองนำความร้อนแบบอ่อน ปะเก็นซิลิโคนนำความร้อน เป็นต้น ผลิตขึ้นเป็นพิเศษสำหรับแผนงานออกแบบที่ต้องการถ่ายเทความร้อนผ่านช่องว่าง สามารถเติมเต็มช่องว่างและทำให้การถ่ายเทความร้อนสมบูรณ์ได้ ความร้อนทำหน้าที่เป็นตัวกลางถ่ายเทความร้อนระหว่างส่วนทำความร้อนและส่วนระบายความร้อน ในขณะเดียวกันก็ทำหน้าที่เป็นฉนวน ดูดซับแรงกระแทก ปิดผนึก ฯลฯ สามารถตอบสนองความต้องการด้านการออกแบบของอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กและบางเป็นพิเศษ มีความสามารถในการแปรรูปและใช้งานได้ง่าย และมีช่วงความหนาให้เลือกใช้งานหลากหลาย เป็นวัสดุเติมที่มีการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม
กระบวนการผลิตแผ่นซิลิโคนนำความร้อนส่วนใหญ่ประกอบด้วยขั้นตอนดังต่อไปนี้: การเตรียมวัตถุดิบ → การเติมสารทำให้เป็นพลาสติก การผสม → การขึ้นรูปและการวัลคาไนซ์ → การตัดแต่ง → การตรวจสอบ เป็นต้น
ขั้นตอนการทำงาน: 1. การเตรียมวัตถุดิบ
ค่าการนำความร้อนของซิลิโคนอินทรีย์ทั่วไปมักอยู่ที่ประมาณ 0.2 วัตต์/เมตร·เคลวิน อย่างไรก็ตาม การผสมสารตัวเติมนำความร้อนลงในซิลิโคนทั่วไปสามารถปรับปรุงค่าการนำความร้อนได้ สารตัวเติมนำความร้อนที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ โลหะออกไซด์ (เช่น Al2O3, MgO, BeO เป็นต้น) และโลหะไนไตรด์ (เช่น SiN, AlN, BN เป็นต้น) ค่าการนำความร้อนของสารตัวเติมไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับตัววัสดุเองเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการกระจายขนาดอนุภาค รูปร่าง การสัมผัสระหว่างพื้นผิว และระดับการยึดเกาะภายในโมเลกุลของสารตัวเติมนำความร้อน โดยทั่วไปแล้ว สารตัวเติมนำความร้อนที่มีลักษณะเป็นเส้นใยหรือแผ่นบางจะมีค่าการนำความร้อนที่ดีกว่า
2. การทำให้เป็นพลาสติกและการผสม
การทำให้เป็นพลาสติกและการผสมเป็นกระบวนการในการแปรรูปซิลิโคน ซึ่งหมายถึงการใช้วิธีทางกลหรือทางเคมีเพื่อลดน้ำหนักโมเลกุลและความหนืดของยางดิบ เพื่อปรับปรุงความเป็นพลาสติกและให้ได้ความลื่นไหลที่เหมาะสม เพื่อตอบสนองความต้องการในการแปรรูปต่อไปโดยการผสมและการขึ้นรูป โดยทั่วไปแล้ว วัตถุดิบสำหรับการผลิตแผ่นซิลิโคนนำความร้อนจะถูกทำลายโดยการกวนด้วยความเร็วสูงทางกล หลังจากผสมสีและปรับให้เข้ากันแล้ว ซิลิโคนสีขาวขุ่นจะเปลี่ยนเป็นเกล็ดสีต่างๆ
3. การขึ้นรูปด้วยการวัลคาไนซ์
หากคุณต้องการผลิตแผ่นซิลิโคนนำความร้อนที่อ่อนนุ่ม ยืดหยุ่น และดึงได้ดี คุณจำเป็นต้องใช้ซิลิโคนอินทรีย์ที่ผ่านกระบวนการวัลคาไนเซชันครั้งที่สอง การวัลคาไนเซชันนั้นเรียกได้ว่าเป็นการบ่ม หลังจากที่ซิลิโคนนำความร้อนเหลวถูกให้ความร้อนและขึ้นรูปในขั้นตอนแรก ความหนาแน่นของการเชื่อมโยงข้ามยังไม่เพียงพอ จึงจำเป็นต้องทำการวัลคาไนเซชันเพิ่มเติมเพื่อเพิ่มความแข็งแรงในการดึง ความยืดหยุ่น ความแข็ง ความสามารถในการบวม ความหนาแน่น และความเสถียรทางความร้อนของแผ่นซิลิโคนนำความร้อน ซึ่งดีกว่าการวัลคาไนเซชันครั้งแรกมาก หากไม่ทำการวัลคาไนเซชันครั้งที่สอง ประสิทธิภาพของแผ่นซิลิโคนนำความร้อนที่ผลิตได้อาจได้รับผลกระทบในระดับหนึ่ง และอาจไม่ได้รับผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพที่ดีกว่า พารามิเตอร์ของผลิตภัณฑ์หลังจากการวัลคาไนเซชันครั้งแรกจะไม่เหมือนกับพารามิเตอร์หลังจากการวัลคาไนเซชันครั้งที่สองอย่างแน่นอน ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการและขั้นตอนการทำงานจริงด้วย
4. การเล็มและตัดแต่ง
แผ่นซิลิโคนนำความร้อนหลังจากผ่านการอบด้วยความร้อนสูงแล้ว จำเป็นต้องวางทิ้งไว้สักระยะหนึ่ง และต้องปล่อยให้เย็นตัวลงเองตามธรรมชาติก่อนที่จะตัดเป็นขนาดและรูปทรงต่างๆ ห้ามใช้วิธีการทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็วอื่นๆ มิเช่นนั้นจะส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพการทำงานของแผ่นซิลิโคนนำความร้อนโดยตรง
5. การตรวจสอบผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป
รายการหลักที่ต้องตรวจสอบสำหรับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป ได้แก่ ค่าการนำความร้อน ช่วงอุณหภูมิที่ทนได้ ค่าความต้านทานปริมาตร ค่าความต้านทานแรงดันไฟฟ้า ค่าการหน่วงไฟ ความแข็งแรงดึง ความแข็ง ความหนา เป็นต้น
ข้อดีของแผ่นซิลิโคนนำความร้อน1. วัสดุมีความอ่อนนุ่มพอสมควร มีคุณสมบัติในการรับแรงอัดที่ดี มีคุณสมบัติการนำความร้อนและฉนวนที่ดี มีช่วงความหนาที่ปรับได้ค่อนข้างกว้าง เหมาะสำหรับการเติมช่องว่าง และมีความเหนียวตามธรรมชาติทั้งสองด้าน ใช้งานและบำรุงรักษาได้ง่าย
2. วัตถุประสงค์หลักของการเลือกใช้แผ่นซิลิโคนนำความร้อนคือการลดความต้านทานความร้อนระหว่างพื้นผิวแหล่งความร้อนและพื้นผิวสัมผัสของอุปกรณ์ระบายความร้อน แผ่นซิลิโคนนำความร้อนสามารถเติมเต็มช่องว่างบนพื้นผิวสัมผัสได้เป็นอย่างดี
3. เนื่องจากอากาศเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดี จึงจะขัดขวางการถ่ายเทความร้อนระหว่างพื้นผิวสัมผัสอย่างมาก การติดตั้งแผ่นซิลิโคนที่มีคุณสมบัติการนำความร้อนระหว่างแหล่งความร้อนและตัวระบายความร้อนจะช่วยไล่อากาศออกจากพื้นผิวสัมผัสได้
4. ด้วยการเพิ่มแผ่นซิลิโคนนำความร้อน พื้นผิวสัมผัสระหว่างแหล่งความร้อนและตัวระบายความร้อนจะสัมผัสกันได้ดียิ่งขึ้นและสมบูรณ์ยิ่งขึ้น และสามารถสัมผัสกันแบบหน้าต่อหน้าได้ ทำให้ปฏิกิริยาทางอุณหภูมิสามารถบรรลุความแตกต่างของอุณหภูมิที่น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
5. ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของแผ่นซิลิโคนนำความร้อนสามารถปรับได้ และมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีกว่า
6. แผ่นซิลิโคนนำความร้อนสามารถช่วยลดความคลาดเคลื่อนของกระบวนการผลิตโครงสร้าง และลดความต้องการความคลาดเคลื่อนของกระบวนการผลิตของแผ่นระบายความร้อนและโครงสร้างระบายความร้อนได้
7. แผ่นซิลิโคนนำความร้อนมีคุณสมบัติเป็นฉนวน (คุณสมบัตินี้จำเป็นต้องมีการเติมวัสดุที่เหมาะสมในระหว่างกระบวนการผลิต)
8. แผ่นซิลิโคนนำความร้อนมีคุณสมบัติในการดูดซับแรงกระแทกและดูดซับเสียง
9. แผ่นซิลิโคนนำความร้อนนั้นสะดวกต่อการติดตั้ง การทดสอบ และการนำกลับมาใช้ใหม่
ขอบเขตการใช้งานของแผ่นซิลิโคนนำความร้อน
◆การใช้งานในอุตสาหกรรม LED
●แผ่นซิลิโคนนำความร้อนถูกใช้คั่นระหว่างแผ่นอลูมิเนียมและแผ่นระบายความร้อน
●แผ่นซิลิโคนนำความร้อนถูกใช้คั่นระหว่างแผ่นอลูมิเนียมและเปลือกหุ้ม
อุตสาหกรรมแหล่งจ่ายไฟ
ใช้สำหรับนำความร้อนระหว่างหลอด MOS หม้อแปลง (หรือตัวเก็บประจุ/ตัวเหนี่ยวนำ PFC) และแผ่นระบายความร้อนหรือตัวเรือน
◆อุตสาหกรรมการสื่อสาร
●การนำความร้อนและการกระจายความร้อนระหว่างไอซีบนเมนบอร์ดของผลิตภัณฑ์กับแผ่นระบายความร้อนหรือตัวเรือน
●การนำความร้อนและการระบายความร้อนระหว่างไอซี DC-DC ของกล่องรับสัญญาณและตัวเครื่อง
◆การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์
แผ่นซิลิโคนนำความร้อนสามารถใช้ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ (เช่น บัลลาสต์หลอดไฟซีนอน ระบบเสียง ผลิตภัณฑ์สำหรับรถยนต์ ฯลฯ) ได้ทั้งหมด
◆การใช้งานกับ PDP/LED TV
การนำความร้อนระหว่างไอซีขยายกำลัง ไอซีถอดรหัสภาพ และแผ่นระบายความร้อน (ตัวเรือน)
◆อุตสาหกรรมเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน
เตาไมโครเวฟ/เครื่องปรับอากาศ (ระหว่างไอซีควบคุมมอเตอร์พัดลมและตัวเครื่อง)/เตาแม่เหล็กไฟฟ้า (ระหว่างเทอร์มิสเตอร์และแผ่นระบายความร้อน)
การเลือกใช้แผ่นซิลิโคนนำความร้อน
◆การเลือกค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน
การเลือกค่าการนำความร้อนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับกำลังการใช้พลังงานของแหล่งความร้อนและความสามารถในการระบายความร้อนของฮีทซิงค์หรือโครงสร้างระบายความร้อน โดยทั่วไปแล้ว พารามิเตอร์ข้อกำหนดอุณหภูมิของชิปมักมีค่าค่อนข้างต่ำ หรือมีความไวต่ออุณหภูมิ หรือความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนค่อนข้างสูง (โดยทั่วไปมากกว่า 0.6 วัตต์/ซม.³ จำเป็นต้องมีการระบายความร้อน และโดยทั่วไปเมื่อพื้นผิวมีค่าน้อยกว่า 0.04 วัตต์/ซม.² จะใช้การพาความร้อนตามธรรมชาติเท่านั้น) ชิปหรือแหล่งความร้อนเหล่านี้จำเป็นต้องมีการระบายความร้อน และควรเลือกแผ่นซิลิโคนที่มีค่าการนำความร้อนสูง
โดยทั่วไปแล้ว อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคไม่อนุญาตให้อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อของชิปสูงเกิน 85 องศาเซลเซียส และแนะนำให้ควบคุมอุณหภูมิพื้นผิวของชิปให้ต่ำกว่า 75 องศาเซลเซียสในระหว่างการทดสอบที่อุณหภูมิสูง ส่วนประกอบทั้งหมดของแผงวงจรโดยพื้นฐานแล้วเป็นส่วนประกอบเกรดเชิงพาณิชย์ ดังนั้นจึงแนะนำให้อุณหภูมิภายในของระบบไม่เกิน 50 องศาเซลเซียสที่อุณหภูมิห้อง พื้นผิวที่มองเห็นได้โดยตรง หรือพื้นผิวที่ลูกค้าสามารถสัมผัสได้ แนะนำให้มีอุณหภูมิต่ำกว่า 45 องศาเซลเซียสที่อุณหภูมิห้อง การเลือกใช้แผ่นซิลิโคนที่มีค่าการนำความร้อนสูงสามารถตอบสนองความต้องการด้านการออกแบบและคงไว้ซึ่งระยะเผื่อในการออกแบบได้บ้าง
หมายเหตุ: ความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อน: หมายถึงปริมาณความร้อนที่ผ่านหน้าตัดต่อหน่วยพื้นที่ (1 ตารางเมตร) ต่อหน่วยเวลา (1 วินาที) อุณหภูมิรอยต่อมักจะสูงกว่าอุณหภูมิของตัวเรือนและอุณหภูมิพื้นผิวของอุปกรณ์ อุณหภูมิรอยต่อสามารถใช้วัดเวลาที่จำเป็นสำหรับการกระจายความร้อนจากแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ไปยังตัวเรือนของอุปกรณ์ และวัดความต้านทานความร้อนได้
