ผงซิลิคอนคาร์ไบด์สำหรับเพิ่มการนำความร้อนและการระบายความร้อน
ผงซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)เป็นผงคุณภาพสูงที่นิยมใช้ในวัสดุตัวเติมนำความร้อนและวัสดุระบายความร้อน คุณสมบัติหลักของ SiC คือ การนำความร้อนสูง การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ความเสถียรสูง ฉนวนกันความร้อนสูง และง่ายต่อการเติม โดยมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:
1. มีค่าการนำความร้อนสูง เหนือกว่าอะลูมินามาก
– ค่าการนำความร้อนตามทฤษฎีสามารถสูงถึง 200–490 วัตต์/(เมตร·เคลวิน) (มีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างรูปแบบผลึกที่แตกต่างกัน โดยค่าการนำความร้อนของซิลิคอนคาร์ไบด์เฟสอัลฟาจะสูงกว่าเฟสเบตา)
– ในการใช้งานจริงในฐานะสารเติมแต่ง ค่าการนำความร้อนของสารนี้สูงกว่าอะลูมินา (Al₂O₃) อย่างเห็นได้ชัด การปรับปรุงค่าการนำความร้อนของวัสดุคอมโพสิตจะเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นที่ปริมาณสารเติมแต่งเท่ากัน
2. มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ เข้ากันได้ดีกับสารกึ่งตัวนำ/เซรามิก
– ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นโดยประมาณอยู่ที่ 3.5–4.5 × 10⁻⁶ /℃
– มีคุณสมบัติคล้ายกับชิปซิลิคอน แผ่นรองพื้นเซรามิก และเปลือกบรรจุภัณฑ์อะลูมิเนียมซิลิคอนคาร์ไบด์ (AlSiC) มีแรงเค้นจากความร้อนต่ำ ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันได้ดี และไม่แตกง่ายเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซ้ำๆ
3. มีเสถียรภาพทางเคมีสูงมากและทนต่ออุณหภูมิสูง
– สามารถคงสภาพโครงสร้างได้ที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียสหรือสูงกว่านั้น โดยไม่สลายตัวหรือเสื่อมสภาพ
– ทนต่อกรด ด่าง และการออกซิเดชัน ไม่เกิดปฏิกิริยาที่เป็นอันตรายต่อเรซินหรือโลหะที่อุณหภูมิสูง ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับงานระบายความร้อนที่อุณหภูมิสูงและสภาพแวดล้อมของอุปกรณ์กำลังสูง
4. ฉนวนไฟฟ้าที่ดี โดยไม่กระทบต่อความปลอดภัยทางไฟฟ้า
– ผง SiC ที่มีความบริสุทธิ์สูงมีค่าความต้านทานปริมาตรสูง จึงจัดเป็นสารเติมแต่งกึ่งฉนวน/ฉนวน
– ช่วยเพิ่มการนำความร้อนโดยไม่ลดประสิทธิภาพการเป็นฉนวน ดังนั้นผง SiC จึงเหมาะสำหรับใช้ในกาวนำความร้อนที่เป็นฉนวน แผ่นรองนำความร้อน และสารหล่อขึ้นรูป
5. มีความแข็งสูงและทนทานต่อการสึกหรอ เหมาะสำหรับการใช้งานในระยะยาว
– ความแข็งตามมาตราโมห์อยู่ที่ประมาณ 9.5 ใกล้เคียงกับเพชร
– วัสดุนี้ทนทานต่อการสึกหรอและการกัดเซาะ เหมาะสำหรับโครงสร้างและสารเคลือบระบายความร้อนที่มีกำลังสูงและความน่าเชื่อถือสูง
โดยสรุปแล้ว ข้อดีหลักของผง SiC ในด้านการระบายความร้อน ได้แก่ การนำความร้อนสูง การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ทนต่ออุณหภูมิสูง เป็นฉนวน มีเสถียรภาพ และมีความสามารถในการเป็นสารเติมแต่งสูง เป็นสารเติมแต่งนำความร้อนประสิทธิภาพสูงที่สามารถใช้แทนหรือผสมกับอะลูมินาได้ในสถานการณ์ต่างๆ เช่น แหล่งจ่ายไฟกำลังสูง ระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับรถยนต์พลังงานใหม่ IGBT โมดูลออปติคอล และบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ระดับไฮเอนด์
