Hoogwaardige siliconen inkapseling DOWSIL™ 170 in industriële 5G-communicatievoedingmodules​

Met de snelle ontwikkeling van 5G-technologie staan de infrastructuur ervan, met name de voedingsmodules binnen communicatiebasisstations, voor ongekende eisen. Deze modules moeten betrouwbaar en continu functioneren onder zware omstandigheden, waaronder extreme temperatuurschommelingen, hoogfrequente trillingen, vocht en stof, en tegelijkertijd effectieve warmteafvoer garanderen bij een hoge vermogensdichtheid en langdurige elektrische isolatiebetrouwbaarheid. Een gerenommeerde fabrikant van communicatieapparatuur (hierna aangeduid als "de klant") ondervond deze ernstige uitdagingen bij het ontwerpen van hun nieuwe generatie industriële 5G-basisstationvoedingsmodules.

​​Uitdagingen & Eisen:​​

De voedingsmodule van de klant integreerde gevoelige componenten zoals hoogfrequente transformatoren, vermogensinductoren, MOSFET's en precisie-IC's. Initiële tests met traditionele epoxyhars-inkapselingen onthulden aanzienlijke problemen: Ten eerste genereerde de hoge hardheid en hoge modulus van uitgeharde epoxyhars aanzienlijke interne spanning tijdens intense thermische cycli (-40°C tot +85°C) als gevolg van de mismatch in de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) tussen de epoxy, componenten, PCB en metalen behuizing. Dit leidde tot microscheuren of breuken in meerlaagse keramische condensatoren (MLCC's) en vermoeidheidsfouten in soldeerverbindingen. Ten tweede ontstonden interne hotspots en veroorzaakte de onvoldoende thermische geleidbaarheid (ca. 0,2 W/mK) van de traditionele inkapseling dat kritieke vermogensapparaten oververhit raakten, wat de algehele levensduur en efficiëntie in gevaar bracht. Ze hadden dringend behoefte aan een materiaal dat tegelijkertijd uitstekende spanningsabsorptie, goede thermische geleidbaarheid, gemakkelijke repareerbaarheid en UL-gecertificeerde vlamvertraging kon bieden.

​​Materiaalselectie: DOWSIL™ 170 Silicone Elastomeer​​

Na uitgebreide evaluatie en rigoureuze tests selecteerde de klant uiteindelijk Dow's DOWSIL™ 170 tweedelige siliconen inkapseling als hun oplossing. De beslissing was gebaseerd op de uitstekende uitgebreide eigenschappen:

1. 1. 1.

      ​​Uitstekende flexibiliteit & spanningsverlichting:​​ DOWSIL™ 170 hardt uit tot een zacht elastomeer met een Shore A-hardheid van 47. De lage modulus absorbeert en dissipeert effectief thermische en mechanische spanning, en fungeert als een "beschermend kussen" voor delicate componenten, waardoor storingen veroorzaakt door CTE-mismatch volledig worden geëlimineerd.

   2. 2.

      ​​Goede thermische geleidbaarheid:​​ Met een thermische geleidbaarheid van 0,48 W/mK, aanzienlijk hoger dan bij gangbare inkapselingen, draagt het efficiënt warmte af van vermogensapparaten naar de metalen behuizing, waardoor de interne bedrijfstemperaturen worden verlaagd en de vermogensdichtheid en langdurige betrouwbaarheid worden verbeterd.

   3. 3.

      ​​Uitzonderlijke elektrische isolatie:​​ De extreem hoge volumeweerstand (>5,6×10¹⁷ Ω·cm) en diëlektrische sterkte van 472 V/mil (18 kV/mm) bieden duurzame en betrouwbare isolatiebescherming voor hoogspanningscircuits met hoge dichtheid, waardoor lekstroom of kortsluiting in vochtige omgevingen wordt voorkomen.

   4. 4.

      ​​Handige verwerking & repareerbaarheid:​​ De 1:1 mengverhouding vereenvoudigt het doseren en mengen aanzienlijk, waardoor de productiecomplexiteit en het afval worden verminderd. De gemengde viscositeit van 2135 cP biedt een goede vloeibaarheid, waardoor een grondige penetratie en vulling van complexe geometrieën en fijne openingen wordt gegarandeerd. Cruciaal is dat, als een module moet worden bewerkt, de uitgeharde siliconen nauwkeurig kunnen worden gesneden en verwijderd. Componenten kunnen worden gerepareerd en het gebied opnieuw worden ingegoten, waardoor de kosten na de verkoop aanzienlijk worden verlaagd - een duidelijk voordeel ten opzichte van stijve epoxy's.

   5. 5.

      ​​Betrouwbare vlamvertraging & certificeringen:​​ DOWSIL™ 170 is UL 94 V-0 gecertificeerd en voldoet aan de spoorwegnorm EN 45545-2 (HL3-niveau), wat voldoet aan strenge veiligheidseisen voor industriële toepassingen.

​​Toepassingsproces:​​

Op de geautomatiseerde productielijn van de klant was het proces als volgt:

1. 1. 1.

      ​​Voorbereiding & mengen:​​ Componenten A en B werden van de koude opslag op kamertemperatuur gebracht. Ze werden vervolgens nauwkeurig gedoseerd en gemengd in een volumeverhouding van 1:1 met behulp van geautomatiseerde doseerapparatuur.

   2. 2.

      ​​Potting:​​ De homogeen gemengde vloeistof werd gedoseerd in de behuizing van de voedingsmodule met de geassembleerde componenten. Dankzij de geschikte vloeibaarheid vulde het materiaal gemakkelijk alle holtes en omhulde het elke gevoelige component zonder dat extra vacuümdegassing nodig was (voor deze specifieke structuur).

   3. 3.

      ​​Uitharding:​​ Om de productie-efficiëntie te verhogen, werden de modules 25 minuten in een oven van 70°C geplaatst voor volledige uitharding. Als alternatief kon de uitharding bij 25°C gedurende 24 uur worden bereikt, wat flexibiliteit in de planning biedt.

​​Resultaten & voordelen:​​

Na het ingieten met DOWSIL™ 170 werd de prestatie van de 5G-voedingsmodules van de klant aanzienlijk verbeterd:

• • •

    ​​Sterk verbeterde betrouwbaarheid:​​ De modules doorstonden meer dan 2000 cycli van strenge thermische cyclustests en uitgebreide vochtige hitte-tests zonder storingen als gevolg van spanning of isolatieproblemen.

  • •

    ​​Geoptimaliseerd thermisch beheer:​​ De piektemperatuur van de vermogensapparaten daalde met ongeveer 15°C, wat naar verwachting de levensduur van het product meer dan verdubbelt.

  • •

    ​​Productie-efficiëntie & kostenoptimalisatie:​​ De vereenvoudigde mengverhouding verbeterde de productieopbrengst en de repareerbaarheid verminderde de kosten van de after-sales service drastisch.

  • •

    ​​Verhoogde concurrentiepositie op de markt:​​ Hoge prestaties en betrouwbaarheid werden kernverkooppunten, waardoor de klant met succes contracten kon sluiten voor meerdere grote 5G-infrastructuurprojecten.

​​Conclusie:​​

In deze toepassing demonstreerde DOWSIL™ 170 siliconen inkapseling perfect zijn waarde als een hoogwaardig verpakkingsmateriaal. Het is niet alleen een vulmiddel, maar een cruciaal technisch materiaal dat de productbetrouwbaarheid, vermogensdichtheid en duurzaamheid op lange termijn verbetert. De unieke combinatie van flexibiliteit, goede thermische geleidbaarheid, verwerkingsgemak en repareerbaarheid maakt het een ideale keuze voor het ingieten van bescherming in high-end elektronische apparatuur die onder zware omstandigheden werkt, zoals stroom- en besturingseenheden in 5G-communicatie, industriële besturingen, nieuwe energievoertuigen en spoorwegvervoer.