การประยุกต์ใช้ผงอลูมินาทรงกลมในด้านการนำความร้อน

ผงอลูมินาทรงกลม (ไมโครสเฟียร์อลูมินาที่มีคุณสมบัติการนำความร้อนสูง) ได้กลายเป็นวัสดุสำคัญในด้านอิเล็กทรอนิกส์ พลังงานใหม่ เซรามิกขั้นสูง ตัวเร่งปฏิกิริยา และการผลิตชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูง เนื่องจากมีข้อดีหลักๆ เช่น การนำความร้อนสูง ฉนวนสูง ความเป็นทรงกลมสูง ความสามารถในการบรรจุสูง ความหนืดต่ำ และความเสถียรทางเคมี ต่อไปนี้เป็นการสรุปการใช้งานหลักๆ โดยอ้างอิงจากงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่น่าเชื่อถือและเอกสารมาตรฐานอุตสาหกรรม

I. บรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์และการจัดการความร้อน

1. สารประกอบขึ้นรูปอีพ็อกซี (EMC)/วัสดุห่อหุ้ม

– ในฐานะสารเติมเต็มหลักที่มีคุณสมบัติในการนำความร้อนและเป็นฉนวน จึงถูกนำมาใช้ในการบรรจุภัณฑ์ของไอซี อุปกรณ์กำลังไฟฟ้า LED และเซ็นเซอร์ เพื่อปรับปรุงการนำความร้อนของบรรจุภัณฑ์ ลดความต้านทานความร้อน และลดการบิดเบี้ยว

– โครงสร้างทรงกลมช่วยให้มีอัตราการบรรจุสูง (สูงถึง 70–85% โดยน้ำหนัก) ลดความหนืดของเรซิน ปรับปรุงการไหลและการขึ้นรูป และเหมาะสำหรับบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง (Fan-out, 2.5D/3D, SiP) อลูมินาทรงกลม: อลูมินาทรงกลมสามารถปรับปรุงค่าการนำความร้อน EMC จาก 0.8–1.2 W/(m·K) เมื่อใช้สารเติมแต่งทั่วไป เป็น 2.0–3.5 W/(m·K) และลดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนได้อย่างมีนัยสำคัญ

2. กาวสำหรับเติมช่องว่าง/ห่อหุ้ม:
– ใช้ในบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง เช่น BGA, CSP และ Flip-Chip โดยจะเติมช่องว่างระหว่างชิปและแผ่นรองรับ ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อน ลดความเครียดจากความร้อน และเพิ่มความน่าเชื่อถือ

– อนุภาคทรงกลมส่งผลให้มีความหนืดต่ำ คุณสมบัติการเติมเต็มที่ดี และไม่มีฟองอากาศในกาว หลังจากการบ่ม ค่าการนำความร้อนสามารถสูงถึง 1.5–2.5 วัตต์/(เมตร·เคลวิน)

3. TIM (Thermal Interface Material):
– สารตัวเติมหลักในจาระบีระบายความร้อน เจลระบายความร้อน แผ่นระบายความร้อน และกาวระบายความร้อน ใช้สำหรับการระบายความร้อนที่ส่วนต่อประสานระหว่าง CPU/GPU โมดูลพลังงาน IGBT และโมดูลออปติคอล – ข้อดี: มีปริมาณสารตัวเติมสูง ความหนืดต่ำ การนำความร้อนสูง เป็นฉนวน และทนต่ออุณหภูมิสูง การนำความร้อนสามารถสูงถึง 3.0–6.0 W/(m·K) ซึ่งเหนือกว่าอะลูมินาธรรมดามาก

II. การจัดการความร้อนของยานยนต์พลังงานใหม่และระบบจัดเก็บพลังงาน

1. การจัดการความร้อนของแบตเตอรี่

– กาวนำความร้อน กาวโครงสร้าง แผ่นรอง และวัสดุเปลี่ยนสถานะที่ใช้ในโมดูล/เซลล์แบตเตอรี่กำลังสูง ช่วยให้เกิดการถ่ายเทความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างเซลล์ แผ่นระบายความร้อน และตัวเรือน ยับยั้งการเกิดความร้อนสูงเกินไป และยืดอายุการใช้งาน กาวนำความร้อนที่บรรจุด้วยอลูมินาทรงกลมสามารถลดความต้านทานความร้อนของแบตเตอรี่ได้ 40–60% และเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนได้มากกว่า 30%

2. การระบายความร้อนของมอเตอร์/อุปกรณ์ควบคุมอิเล็กทรอนิกส์/อุปกรณ์ไฟฟ้า

– สารประกอบนำความร้อน เจล และแผ่นฉนวนที่ใช้ในโมดูล IGBT ตัวควบคุมมอเตอร์ OBC และตัวแปลง DC-DC เพื่อแก้ปัญหาการระบายความร้อนและฉนวนภายใต้ความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าสูง

III. เซรามิกขั้นสูงและวัสดุโครงสร้าง

1. เซรามิกอลูมินาประสิทธิภาพสูง

– ผงอลูมินาทรงกลมมีคุณสมบัติการไหลที่ดีเยี่ยม มีกิจกรรมการเผาผนึกสูง และมีความหนาแน่นสูง (สูงถึง 97–99%) ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนเซรามิกที่มีค่าการนำความร้อนสูง ความแข็งแรงสูง ทนต่อการสึกหรอ และทนต่ออุณหภูมิสูง

– การใช้งานทั่วไป: วัสดุรองรับเซรามิก, ตลับลูกปืนเซรามิก, ซีล, บูชทนการสึกหรอ, ท่อเตาเผาอุณหภูมิสูง และชิ้นส่วนโครงสร้างอุณหภูมิสูงสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ เซรามิกอลูมินาทรงกลมสามารถมีค่าการนำความร้อน 25–30 วัตต์/(เมตร·เคลวิน) โดยมีความแข็งแรงดัดงอเพิ่มขึ้น 20–30% และทนต่อการสึกหรอได้ดีกว่าเซรามิกผงที่ไม่เป็นทรงกลมอย่างเห็นได้ชัด

2. การผลิตเซรามิกด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ (Additive Manufacturing)

– ผงอลูมินาทรงกลมมีคุณสมบัติการไหลที่ดีเยี่ยม ความหนาแน่นต่ำ และความสม่ำเสมอของผง ทำให้เหมาะสำหรับวิธีการพิมพ์ 3 มิติเซรามิกแบบ SLM, DLP, SLA และวิธีการอื่นๆ ในการผลิตชิ้นส่วนเซรามิกโครงสร้างที่ซับซ้อน

– การใช้งาน: ชิ้นส่วนปลายร้อนสำหรับเครื่องยนต์อากาศยาน เซรามิกทางการแพทย์ และชิ้นส่วนโครงสร้างเซรามิกที่มีความแม่นยำสูง

IV. อุตสาหกรรมการบำบัดพื้นผิว

อะลูมินาทรงกลมสามารถใช้เป็นวัสดุเคลือบผิวแบบพ่นเพื่อปกคลุมพื้นผิวของชิ้นงาน ช่วยเพิ่มการนำความร้อน ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน ความต้านทานต่อการสึกหรอ และความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงของสารเคลือบได้

V. กาวนำความร้อนและพลาสติกวิศวกรรม

– สารเคลือบฉนวนและสารหล่อเย็น: ใช้สำหรับเป็นฉนวนและระบายความร้อนในหม้อแปลงไฟฟ้า ตัวเหนี่ยวนำ แหล่งจ่ายไฟ ตัวแปลงความถี่ และอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์

– พลาสติกนำความร้อนและพลาสติกวิศวกรรม: พลาสติก PA, PPS, LCP ที่ผ่านการปรับปรุงคุณสมบัติทางความร้อน เป็นต้น ใช้สำหรับทำโครงยึด LED, ตัวเรือนระบายความร้อน และชิ้นส่วนโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์