المكبس السيليكوني عالي الأداء DOWSILTM 170 في وحدات إمدادات الطاقة للاتصالات الصناعية 5G

مع التطور السريع لتقنية الجيل الخامس (5G)، تواجه بنيتها التحتية، وخاصة وحدات إمداد الطاقة داخل محطات الاتصالات الأساسية، متطلبات غير مسبوقة. يجب أن تعمل هذه الوحدات بشكل موثوق ومستمر في ظل ظروف قاسية تتضمن تقلبات في درجات الحرارة القصوى، والاهتزازات عالية التردد، والرطوبة، والغبار، كل ذلك مع ضمان تبديد الحرارة بشكل فعال في ظل كثافة الطاقة العالية وموثوقية العزل الكهربائي على المدى الطويل. واجهت شركة تصنيع معدات اتصالات مرموقة (يشار إليها فيما يلي باسم "العميل") هذه التحديات الصعبة عند تصميم الجيل الجديد من وحدات إمداد الطاقة لمحطات الجيل الخامس (5G) الصناعية.

​​التحديات والمتطلبات:​​

تضمنت وحدة الطاقة الخاصة بالعميل مكونات حساسة مثل محولات التردد العالي، وملفات الحث للطاقة، وأشباه الموصلات MOSFETs، ودوائر التحكم الدقيقة ICs. كشفت الاختبارات الأولية باستخدام مواد التغليف المصنوعة من راتنجات الإيبوكسي التقليدية عن مشكلات كبيرة: أولاً، أدى الصلابة العالية والمعامل العالي لراتنجات الإيبوكسي المتصلدة إلى توليد إجهاد داخلي كبير أثناء الدورات الحرارية المكثفة (-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) بسبب عدم تطابق معامل التمدد الحراري (CTE) بين الإيبوكسي والمكونات ولوحة الدوائر المطبوعة (PCB) والغلاف المعدني. أدى هذا إلى ظهور تشققات دقيقة أو كسور في المكثفات الخزفية متعددة الطبقات (MLCCs) وفشل وصلات اللحام. ثانيًا، ظهرت نقاط ساخنة داخلية، وتسبب التوصيل الحراري غير الكافي (حوالي 0.2 واط/متر.كلفن) لمادة التغليف التقليدية في ارتفاع درجة حرارة أجهزة الطاقة الحرجة، مما أضر بالعمر الافتراضي والكفاءة الإجمالية. كانوا في حاجة ماسة إلى مادة يمكنها توفير امتصاص ممتاز للإجهاد، وتوصيل حراري جيد، وقابلية إصلاح مريحة، ومثبطة للهب معتمدة من UL في نفس الوقت.

​​اختيار المواد: DOWSIL™ 170 سيليكون إيلاستومر​​

بعد تقييم مكثف واختبارات صارمة، اختار العميل في النهاية مادة التغليف المصنوعة من السيليكون DOWSIL™ 170 المكونة من جزأين من Dow كحل لهم. استند القرار إلى خصائصه الشاملة المتميزة:

1. 1. 1.

      ​​مرونة ممتازة وتخفيف الإجهاد:​​ يتصلد DOWSIL™ 170 ليصبح إيلاستومر ناعمًا بصلابة Shore A تبلغ 47. يمتص معاملها المنخفض الإجهاد الحراري والميكانيكي ويشتته بشكل فعال، ويعمل كـ "وسادة واقية" للمكونات الدقيقة، مما يقضي تمامًا على الأعطال الناجمة عن عدم تطابق CTE.

   2. 2.

      ​​توصيل حراري جيد:​​ مع توصيل حراري يبلغ 0.48 واط/متر.كلفن، وهو أعلى بكثير من مواد التغليف الشائعة، فإنه ينقل الحرارة بكفاءة من أجهزة الطاقة إلى الغلاف المعدني، مما يقلل من درجات حرارة التشغيل الداخلية ويعزز كثافة الطاقة والموثوقية على المدى الطويل.

   3. 3.

      ​​عزل كهربائي استثنائي:​​ يوفر مقاومته الحجمية العالية للغاية (>5.6×10¹⁷ Ω·cm) وقوة العزل الكهربائي البالغة 472 فولت/ميل (18 كيلو فولت/مم) حماية عزل دائمة وموثوقة للدوائر ذات الجهد العالي والكثافة العالية، مما يمنع تسرب التيار أو حدوث دوائر قصر في البيئات الرطبة.

   4. 4.

      ​​معالجة مريحة وقابلية للإصلاح:​​ تعمل نسبة الخلط 1:1 على تبسيط عمليات القياس والخلط بشكل كبير، مما يقلل من تعقيد الإنتاج والنفايات. توفر لزوجته المختلطة البالغة 2135cP سيولة جيدة، مما يضمن الاختراق والملء الشاملين للأشكال الهندسية المعقدة والفجوات الدقيقة. والأهم من ذلك، إذا احتاجت الوحدة إلى إعادة العمل، فيمكن قطع السيليكون المتصلد وتقشيره بدقة. يمكن إصلاح المكونات وإعادة وضعها في الوعاء، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف ما بعد البيع - وهي ميزة واضحة على راتنجات الإيبوكسي الصلبة.

   5. 5.

      ​​مثبطة للهب وموثوقة وشهادات:​​ DOWSIL™ 170 حاصل على شهادة UL 94 V-0 ويتوافق مع المعيار السككي EN 45545-2 (المستوى HL3)، مما يلبي متطلبات السلامة الصارمة للتطبيقات الصناعية.

​​عملية التطبيق:​​

في خط الإنتاج الآلي للعميل، كانت العملية على النحو التالي:

1. 1. 1.

      ​​التحضير والخلط:​​ تم إحضار المكونين A و B إلى درجة حرارة الغرفة من التخزين البارد. ثم تم قياسها وخلطها بدقة بنسبة حجم 1:1 باستخدام معدات التوزيع الآلية.

   2. 2.

      ​​الصب:​​ تم توزيع السائل المخلوط بشكل متجانس في غلاف وحدة الطاقة الذي يحتوي على المكونات المجمعة. بفضل سيولته المناسبة، ملأت المادة بسهولة جميع الفراغات وأحاطت بكل مكون حساس دون الحاجة إلى إزالة الغازات الإضافية (لهذه الهيكل المحدد).

   3. 3.

      ​​المعالجة:​​ لتعزيز كفاءة الإنتاج، تم وضع الوحدات في فرن بدرجة حرارة 70 درجة مئوية لمدة 25 دقيقة للمعالجة الكاملة. بدلاً من ذلك، يمكن تحقيق المعالجة عند 25 درجة مئوية لمدة 24 ساعة، مما يوفر مرونة في الجدولة.

​​النتائج والفوائد:​​

بعد التغليف باستخدام DOWSIL™ 170، تم تحسين أداء وحدات الطاقة 5G الخاصة بالعميل بشكل كبير:

• • •

    ​​تحسين الموثوقية بشكل كبير:​​ اجتازت الوحدات أكثر من 2000 دورة من اختبارات الدورة الحرارية الصارمة واختبارات الحرارة الرطبة الممتدة دون أي أعطال بسبب مشاكل الإجهاد أو العزل.

  • •

    ​​إدارة حرارية مُحسَّنة:​​ انخفضت درجة حرارة التشغيل القصوى لأجهزة الطاقة بحوالي 15 درجة مئوية، ومن المتوقع أن تضاعف العمر الافتراضي للمنتج.

  • •

    ​​كفاءة الإنتاج وتحسين التكلفة:​​ أدت نسبة الخلط المبسطة إلى تحسين إنتاجية الإنتاج، كما أدت قابلية الإصلاح إلى تقليل تكاليف خدمة ما بعد البيع بشكل كبير.

  • •

    ​​زيادة القدرة التنافسية في السوق:​​ أصبحت الأداء العالي والموثوقية نقاط بيع أساسية، مما مكن العميل من تأمين عقود لمشاريع البنية التحتية الرئيسية للجيل الخامس (5G).

​​الخلاصة:​​

في هذا التطبيق، أظهر DOWSIL™ 170 مادة التغليف المصنوعة من السيليكون قيمته بشكل مثالي كمادة تغليف عالية الأداء. إنها ليست مجرد مادة حشو بل مادة هندسية حاسمة تعمل على تحسين موثوقية المنتج وكثافة الطاقة والمتانة على المدى الطويل. إن مجموعته الفريدة من المرونة والتوصيل الحراري الجيد وسهولة المعالجة وقابلية الإصلاح تجعلها الخيار الأمثل للحماية من التغليف في المعدات الإلكترونية المتطورة التي تعمل في ظل ظروف قاسية، مثل وحدات الطاقة والتحكم في اتصالات الجيل الخامس (5G) والتحكم الصناعي والمركبات الجديدة للطاقة والنقل بالسكك الحديدية.