Ħafna proċessi ta' manifattura-ikkurar kompost, termoformar, ittestjar tas-semikondutturi-jeħtieġu platen li jista' jsaħħan il-parti malajr, imbagħad kessaħha malajr biex issettja l-materjal. Pjanċa waħda b'żewġ elementi ta 'tisħin elettriku u kanali interni ta' tkessiħ likwidu tipprovdi din il-kapaċità, iżda d-disinn għandu jimmaniġġja bir-reqqa l-istress termali u s-siġillar tal-fluwidu. An ottimizzatdisinn tal-pjanċa tat-tisħin u t-tkessiħjibbilanċja l-uniformità tat-tisħin, il-ħin tar-rispons tat-tkessiħ, u l-integrità mekkanika fit-tul-. Din il-gwida tiddeskrivi l-kostruzzjoni, l-isfidi tad-disinn, l-għażliet tal-materjal, u l-istrateġiji ta' tqassim għal tali-platens b'funzjoni doppja.
Kostruzzjoni Tipika ta' Pjanċa tat-Tisħin-Tkessiħ
Pjanċa ta 'tisħin u tkessiħ magħquda hija tipikament fabbrikata minn blokka waħda ta' aluminju jew azzar. Żewġ ċirkwiti termali indipendenti huma integrati fl-istess pjanċa:
Elementi ta' tisħin bl-elettriku– Ħiters tal-iskrataċ jew ħiters tubulari jiddaħħlu f'toqob blind imtaqqbin. Alternattivament, ħiters tal-fojl inċiżi jistgħu jiġu mwaħħla mal-wiċċ ta 'wara għal pjanċi irqaq.
Kanali li jkessħu likwidu– Passaġġi imtaqqbin jew mitħun huma rranġati biex iġorru likwidu li jkessaħ (ilma jew taħlita ta' ilma-glikol) minn ġol-pjanċa.
Il-wiċċ tax-xogħol (il-wiċċ li jikkuntattja l-parti) jirċievi sħana mill-elementi u jittrasferiha għat-tagħbija. Matul il-fażi tat-tkessiħ, il-likwidu li jkessaħ jassorbi s-sħana mill-pjanċa u jġorrha, u jbaxxi malajr it-temperatura tal-wiċċ tax-xogħol.
F'arranġament trasversali tipiku-(deskritt fit-test), il-pjanċa hija maqsuma fi tliet żoni funzjonali mill-wiċċ tax-xogħol 'l isfel:
Saff tal-wiċċ tax-xogħol– 5–15 mm ħxuna, ma fih l-ebda ħiters jew kanali. Dan is-saff jipprovdi distribuzzjoni uniformi tat-temperatura fil-wiċċ ta 'kuntatt.
Żona tal-heater– Il-ħiters tal-iskrataċ jitqiegħdu fi pjan parallel mal-wiċċ tax-xogħol, tipikament 10–25 mm taħtu. Il-ħiters huma spazjati b'mod uniformi (spiss f'grilja jew mudell imqassam).
Żona tal-kanal tat-tkessiħ– Il-kanali mtaqqba jinsabu 5–15 mm taħt il-ħiters (aktar 'il bogħod mill-wiċċ tax-xogħol) jew, f'xi disinji, interleaded bejn ringieli tal-ħiters. Il-kanali huma tipikament 6-15 mm fid-dijametru.
L-ordni eżatta tiddependi fuq jekk il-veloċità tat-tisħin jew il-veloċità tat-tkessiħ humiex aktar kritiċi. Għal applikazzjonijiet li jeħtieġu tkessiħ rapidu ħafna, il-kanali jistgħu jitqiegħdu eqreb lejn il-wiċċ tax-xogħol mill-ħiters, għalkemm dan jista' joħloq nuqqas ta'-uniformitajiet fit-temperatura waqt it-tisħin.
Sfidi u Soluzzjonijiet tad-Disinn
1. Ġestjoni ta 'Espansjoni Termali
Il-pjanċa tespandi meta msaħħna u tikkuntratta meta tkessaħ. Matul ċikli termali ripetuti (eż., 20 grad sa 200 grad u lura), espansjoni differenzjali bejn il-materjal tal-pjanċa u l-komponenti inkorporati toħloq stress. Il-ħiters tal-iskrataċ, li huma azzar-kisi, jespandu b'rata differenti minn pjanċa tal-aluminju.
Strateġiji tad-disinn:
Il-ħiters tal-iskrataċ huma installati bi spazju żgħir (tipikament vojt ta 'dijametru ta' 0.05–0.10 mm) u huma miksija b'-temperatura għolja anti-pejst li jaħtfu jew konduttiv termalment. Dan jippermetti lill-heater jiżżerżaq ftit fit-toqba tiegħu hekk kif il-pjanċa tespandi.
Il-kanali tat-tkessiħ huma pożizzjonati 'l bogħod mit-toqob tal-heater biex jevitaw ħitan irqaq li jistgħu jinqasmu taħt stress ċikliku. Ħxuna minima tal-ħajt ta' 3–5 mm bejn kwalunkwe toqba u karatteristika oħra (toqba tal-heater jew kanal) hija rakkomandata.
Il-pjanċa tiġi meħlusa mill-istress-(trattat bis-sħana) wara l-magni iżda qabel l-assemblaġġ finali tal-ħiters. Dan inaqqas l-istress residwu li jista 'jwassal għal warpage jew qsim.
Fl-applikazzjonijiet taċ-ċikliżmu termali, il-pjanċa hija wkoll ristretta mill-boltijiet tal-immuntar. It-toqob tal-immuntar slotted jew il-washers konformi huma wżati biex jippermettu li l-pjanċa tespandi lateralment mingħajr buckling.
2. Issiġillar tal-fluwidu
Il-kanali tat-tkessiħ iridu jkunu -issikkati biex jipprevjenu li l-likwidu li jkessaħ jikkuntattja l-ħiters elettriċi jew joħroġ mill-pjanċa. It-tnixxijiet jiddegradaw ukoll il-prestazzjoni termali. Jintużaw żewġ metodi ta' siġillar komuni:
Kanali mtaqqbin u pplaggjati:
Il-kanali huma mtaqqbin mit-tarf tal-pjanċa bl-użu ta 'drill bits twal. Wara t-tħaffir, it-truf miftuħa huma ssiġillati b'tappijiet bil-kamin (b'tejp PTFE jew siġillant tal-ħajt) jew b'tappijiet iwweldjati. Dan il-metodu jipproduċi blokka monolitika mingħajr siġilli esterni. Huwa affidabbli ħafna iżda jillimita l-ġeometrija tal-kanal għal linji dritti.
Intersezzjonijiet cross-imtaqqbin:
Meta jkun meħtieġ netwerk ta' kanali interkonnessi (eż., mudell serpentine), toqob imtaqqbin cross-ipplaggjaw fil-wiċċ. Kull plagg huwa punt ta 'tnixxija potenzjali. Jintużaw -temperatura għolja O-rings (eż., Viton jew tas-silikonju) jew ħjut tal-pajpijiet għax-xejn. Għal applikazzjonijiet kritiċi, il-plakek kollha huma wweldjati jew ibbrejżjati wara l-installazzjoni.
Fittings għad-dħul u l-ħruġ tal-likwidu li jkessaħ:
Fittings tal-azzar li ma jsaddadx jew tar-ram imxewwek, portijiet bil-kamin NPT, jew igganċjar ta'-konnessjoni mgħaġġla huma mwaħħla mal-pjanċa. Is-siġillar jinkiseb b'O-rings jew ħjut għax-xejn. Disinn bilanċjat jikseb integrità tat-tnixxija għal pressjonijiet sa 10 bar (150 psi) u temperaturi minn -20 grad sa 150 grad (għall-ilma-glikol) jew ogħla b'likwidu li jkessaħ speċjalizzat.
3. Lag termali bejn it-tisħin u t-tkessiħ
Ir-rispons tat-tkessiħ huwa intrinsikament aktar bil-mod mit-tisħin minħabba li r-rata tal-fluss tal-likwidu li jkessaħ u l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana huma finiti. Jekk il-kanali tat-tkessiħ jitqiegħdu 'l bogħod wisq mill-wiċċ tax-xogħol, il-pjanċa tieħu ħin eċċessiv biex tiksaħ, u żżid il-ħin taċ-ċiklu.
Minimizzazzjoni tad-dewmien termali:
Il-kanali tat-tkessiħ huma pożizzjonati kemm jista 'jkun qrib il-wiċċ tax-xogħol, filwaqt li xorta jħallu biżżejjed ħxuna tal-materjal biex tiġi evitata d-distorsjoni. Fond ta '10-20 mm mill-wiċċ tax-xogħol sat-tarf tal-kanal l-eqreb huwa tipiku.
Id-densità tal-kanali tiżdied (spazjar iżgħar, eż, 25–40 mm bejn il-kanali) biex jitnaqqas it-tul massimu tal-passaġġ tas-sħana.
Il-promoturi tat-taqlib (eż., inserzjonijiet ta' tejp mibrum jew uċuħ tal-kanal roughened) itejbu l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana tal-ġenb tal-likwidu li jkessaħ-, u jnaqqsu d-dewmien mingħajr ma jċaqalqu l-kanali eqreb.
Huwa importanti li wieħed jinnota li t-tqegħid tal-kanali tat-tkessiħ qrib wisq tal-elementi tat-tisħin jista 'joħloq interferenza. Jekk kanal jgħaddi direttament ħdejn heater tal-iskartoċċ, il-likwidu li jkessaħ se jiġbed is-sħana matul il-fażi tat-tisħin, inaqqas l-effiċjenza u joħloq post kiesaħ. Fil-prattika, il-kanali huma mgħoddija bejn ringieli tal-ħiters, mhux direttament maġenb ħiters individwali.
Għażla tal-Materjal: Aluminju vs Azzar
| Materjal | Konduttività Termali (W/m·K) | Diffużività Termali (mm²/s) | Rispons Termali Relattiv | Qawwa f'Temperatura Għolja | Reżistenza għall-korrużjoni |
|---|---|---|---|---|---|
| Aluminju (6061-T6) | 167 | 68 | Fast | Moderat (naqqas 'il fuq minn 150 grad) | Moderat (jitjieb anodizzat) |
| Azzar (A36) | 45 | 12 | Bil-mod | Għoli (sa 400 grad +) | Baxxa (sadid, jeħtieġ kisi) |
| Azzar li ma jsaddadx (304) | 16 | 4.2 | Bil-mod ħafna | Għoli (sa 500 grad +) | Eċċellenti |
L-aluminju huwa preferut għall-biċċa l-kbira tal-pjanċi tat-tisħin-u-tkessiħ minħabba li d-diffusività termali għolja tiegħu tippermetti bidliet rapidi fit-temperatura. Pjanċa tal-aluminju ħoxna ta '25 mm twieġeb għal bidla fil-pass fil-qawwa tal-heater jew il-fluss tal-likwidu li jkessaħ b'mod sinifikanti aktar mgħaġġel minn pjanċa tal-azzar ekwivalenti. Madankollu, l-aluminju jitlef is-saħħa 'l fuq minn 150 grad u jista' jitkaxkar taħt tagħbija sostnuta. Għal applikazzjonijiet 'il fuq minn 200 grad, l-azzar jew l-istainless steel huma meħtieġa minkejja rispons termali aktar bil-mod.
Meta jintuża l-istainless steel, id-disinn tal-kanal tat-tkessiħ għandu jkun ħafna aktar aggressiv (ispazjar iżgħar, rati ta 'fluss ogħla) biex jikkumpensa għall-konduttività termali baxxa.
Għażla tal-likwidu li jkessaħ u Integrazzjoni tas-Sistema
Għaċ-ċikliżmu termali bejn temperaturi ambjentali u tipiċi tal-ipproċessar (0-150 grad), taħlita ta 'ilma dejonizzat u ethylene glycol jew propylene glycol hija standard. Il-konċentrazzjoni tal-glikol tintgħażel abbażi tal-inqas temperatura ambjentali mistennija (eż., 30% glycol għal protezzjoni tal-friża -15-il grad). Il-glikol jinibixxi wkoll il-korrużjoni tal-aluminju u l-azzar.
Rekwiżiti tal-fluss tal-likwidu li jkessaħ:
Ir-rata tal-fluss meħtieġa hija kkalkulata mid-dazju tat-tkessiħ (rata ta 'tneħħija tas-sħana) u ż-żieda permissibbli fit-temperatura tal-likwidu li jkessaħ. Għal pjanċa tipika, rati ta 'fluss ta' 5-20 L/min għal kull netwerk ta 'kanal huma komuni. Jintuża chiller dedikat jew skambjatur tas-sħana b'pompa li tiċċirkola. It-temperatura tal-likwidu li jkessaħ hija kkontrollata separatament mill-kontroll tal-heater.
Integrazzjoni mas-sistema ta' kontroll:
Il-pjanċa teħtieġ sistema ta 'kontroll li taqleb bejn il-modi ta' tisħin u tkessiħ. Żewġ approċċi komuni:
Bang{0}}kontroll tal-bang– Il-ħiters jintfew u valv tas-solenojd jiftaħ il-fluss tal-likwidu li jkessaħ. Sempliċi iżda jista' jaqbeż jew joxxilla.
PID b'output tat-tkessiħ– Kontrollur PID għandu żewġ outputs: wieħed għall-qawwa tal-ħiter (permezz tal-SSR) u wieħed għal valv li jkessaħ li jimmodula jew veloċità tal-pompa. Dan jipprovdi tranżizzjonijiet bla xkiel u kontroll strett tat-temperatura.
Fi kwalunkwe każ, interlock tas-sigurtà jipprevjeni li l-ħiters jiġu enerġizzati waqt li l-likwidu li jkessaħ ikun mitfi u l-pjanċa tkun 'il fuq minn temperatura sigura (biex tevita li s-sħana żejda tal-likwidu li jkessaħ staġnat).
Eżempju ta 'Layout: Skartoċċi Heaters b'Kanali ta' Tkessiħ Serpentine
Ikkunsidra pjanċa kwadra ta' 400 mm × 400 mm għat-termoforming ta' folji termoplastiku. Rekwiżiti: saħħan għal 180 grad f'5 minuti, kessaħ għal 50 grad fi 8 minuti. Ħxuna tal-pjanċa: 40 mm (aluminju 6061).
It-tqassim tal-heater:
Ħiters tal-iskrataċ (dijametru ta '10 mm, tul ta' 300 mm, 500 W kull wieħed) huma mdaħħla f'toqob għomja mill-wiċċ ta 'wara.
It-toqob tal-heater huma rranġati f'mudell ta 'grilja: 6 ringieli × 6 kolonni (36 heaters totali). Spazjar: 65 mm bejn iċ-ċentri.
Il-ponot tal-heater huma pożizzjonati 15 mm mill-wiċċ oppost (tax-xogħol).
It-tqassim tal-kanal tat-tkessiħ:
Netwerk ta 'kanal serpentin huwa mtaqqab b'passaġġ kontinwu wieħed. Dijametru tal-kanal: 12 mm.
Il-kanali jinsabu 20 mm taħt il-wiċċ tax-xogħol (jiġifieri, 20 mm mill-wiċċ ta 'fuq, b'ħiters 25 mm taħt il-wiċċ tax-xogħol - il-ħiters huma fil-fatt 5 mm taħt il-kanali f'dan id-disinn, għalhekk il-kanali huma eqreb lejn il-wiċċ tax-xogħol).
L-ispazjar tal-kanali (ċentru-sa-ċentru) huwa ta' 65 mm, allinjat mal-vojt bejn ir-ringieli tal-heater. L-ebda kanal ma jgħaddi direttament minn fuq heater.
Fittings tad-dħul u tal-ħruġ huma mmuntati fuq it-tarf tal-pjanċa.
Deskrizzjoni ta'-sezzjoni trasversali (dijagramma tat-test):
Mill-wiċċ tax-xogħol 'l isfel (distanza vertikali):
0–15 mm: Aluminju solidu (l-ebda karatteristiċi) – jiżgura l-uniformità tat-temperatura tal-wiċċ.
15–27 mm: Kanali tat-tkessiħ (dijametru ta '12 mm) iċċentrati f'fond ta' 21 mm.
27–35 mm: Aluminju solidu li jissepara l-kanali mill-ħiters.
35–45 mm: Toqob tal-heater tal-iskartoċċ (dijametru ta' 10 mm) iċċentrati f'fond ta' 40 mm (min-naħa ta' wara). Il-ħiters jiddaħħlu mill-qiegħ.
Dan l-arranġament iqiegħed kanali tat-tkessiħ 6 mm eqreb lejn il-wiċċ tax-xogħol mill-ħiters, u jiffavorixxi t-tkessiħ rapidu. Waqt it-tisħin, xi sħana titmexxa lejn il-kanali, iżda s-saff tal-aluminju solidu taħthom u l-likwidu li jkessaħ ikun mitfi (l-ebda fluss) jimminimizza t-telf. Meta jibda t-tkessiħ, il-likwidu li jkessaħ jgħaddi u jiġbed is-sħana mill-wiċċ tax-xogħol permezz tas-saff solidu irqiq ta '15 mm.
Konsiderazzjonijiet Addizzjonali għal Applikazzjonijiet ta' -Ċiklu Għoli
Ħajja ta 'għeja termali– Kull ċiklu ta' tisħin-tkessiħ jinduċi tensjoni fil-materjal tal-pjanċa. L-aluminju għandu reżistenza tajba għall-għeja termali sa madwar 10,000 ċiklu bejn 20 grad u 200 grad. Għal għadd ta 'ċiklu ogħla, l-azzar jew Inconel huwa rakkomandat.
Iżolament elettriku – If the plate is used in contact with sensitive electronics (e.g., semiconductor test), the plate should be grounded and the heaters should have high insulation resistance (>10 megaohms). Sistema ta' skoperta ta' ħsara fl-art hija rakkomandabbli.
Flatness tal-wiċċ– Iċ-ċikliżmu termali jista 'jikkawża warpage gradwali. Il-pjanċa għandha tiġi ċċekkjata perjodikament u resurfaced jekk il-flatness taqbeż 0.05 mm fiż-żona tax-xogħol.
Konklużjoni
Il-pjanċi tat-tisħin u t-tkessiħ integrati jippermettu ħinijiet ta 'ċiklu mgħaġġla fi proċessi li jeħtieġu kemm tisħin rapidu kif ukoll tkessiħ ikkontrollat. A bilanċjatdisinn tal-pjanċa tat-tisħin u t-tkessiħjimmaniġġja l-espansjoni termali, is-siġillar tal-fluwidu, u lag termali. L-aluminju huwa preferut għal rispons termali mgħaġġel, filwaqt li l-azzar jintgħażel għal temperaturi ogħla jew durabilità akbar. Il-ħiters tal-iskrataċ jipprovdu sorsi ta 'sħana robusti u sostitwibbli, u kanali ta' tkessiħ imtaqqbin (b'plagg u fittings xierqa) jagħtu tkessiħ likwidu affidabbli. L-arranġament tal-ħiters u l-kanali għandu jiġi ottimizzat għar-rekwiżiti speċifiċi taċ-ċiklu, b'kanali mqiegħda eqreb lejn il-wiċċ tax-xogħol għal tkessiħ aktar mgħaġġel. Soluzzjonijiet termali personalizzati huma essenzjali għal ċikli ta' produzzjoni esiġenti, u platn ta' tisħin-tkessiħ iddisinjat tajjeb jista' jwassal eluf ta' ċikli affidabbli meta tingħata attenzjoni għall-ġestjoni tal-istress u l-għażla tal-materjal.
