Encapsulant silicone haute performance DOWSIL™ 170 dans les modules d'alimentation de communication 5G industriels​

Avec les progrès rapides de la technologie 5G, son infrastructure, en particulier les modules d'alimentation au sein des stations de base de communication, fait face à des demandes sans précédent. Ces modules doivent fonctionner de manière fiable et continue dans des conditions difficiles impliquant des fluctuations de température extrêmes, des vibrations à haute fréquence, l'humidité et la poussière, tout en assurant une dissipation thermique efficace sous une forte densité de puissance et une fiabilité d'isolation électrique à long terme. Un fabricant renommé d'équipements de communication (ci-après dénommé « le client ») a rencontré ces défis majeurs lors de la conception de sa nouvelle génération de modules d'alimentation de stations de base 5G de qualité industrielle.

​​Défis et exigences :​​

Le module d'alimentation du client intégrait des composants sensibles tels que des transformateurs haute fréquence, des inductances de puissance, des MOSFET et des circuits intégrés de contrôle de précision. Les premiers tests avec des encapsulants en résine époxy traditionnels ont révélé des problèmes importants : Premièrement, la dureté et le module élevés de la résine époxy durcie généraient des contraintes internes importantes lors des cycles thermiques intenses (-40°C à +85°C) en raison de l'incompatibilité du coefficient de dilatation thermique (CTE) entre l'époxy, les composants, le PCB et le boîtier métallique. Cela a entraîné des micro-fissures ou des fractures dans les condensateurs céramiques multicouches (MLCC) et des défaillances par fatigue des joints de soudure. Deuxièmement, des points chauds internes sont apparus, et la conductivité thermique insuffisante (environ 0,2 W/mK) de l'encapsulant traditionnel a provoqué une surchauffe des dispositifs d'alimentation critiques, compromettant la durée de vie et l'efficacité globales. Ils avaient un besoin urgent d'un matériau capable de fournir simultanément une excellente absorption des contraintes, une bonne conductivité thermique, une réparabilité pratique et une résistance à la flamme certifiée UL.

​​Sélection du matériau : Élastomère de silicone DOWSIL™ 170​​

Après une évaluation approfondie et des tests rigoureux, le client a finalement sélectionné l'encapsulant de silicone en deux parties DOWSIL™ 170 de Dow comme solution. La décision était basée sur ses propriétés complètes exceptionnelles :

1. 1. 1.

      ​​Excellente flexibilité et soulagement des contraintes :​​ DOWSIL™ 170 durcit en un élastomère souple avec une dureté Shore A de 47. Son faible module absorbe et dissipe efficacement les contraintes thermiques et mécaniques, agissant comme un « coussin protecteur » pour les composants délicats, éliminant complètement les défaillances causées par l'incompatibilité du CTE.

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      ​​Bonne conductivité thermique :​​ Avec une conductivité thermique de 0,48 W/mK, significativement supérieure aux encapsulants courants, il transfère efficacement la chaleur des dispositifs d'alimentation au boîtier métallique, réduisant les températures de fonctionnement internes et améliorant la densité de puissance et la fiabilité à long terme.

   3. 3.

      ​​Isolation électrique exceptionnelle :​​ Sa résistivité volumique extrêmement élevée (>5,6×10¹⁷ Ω·cm) et sa rigidité diélectrique de 472 V/mil (18 kV/mm) offrent une protection d'isolation durable et fiable pour les circuits haute tension et haute densité, empêchant les courants de fuite ou les courts-circuits en milieux humides.

   4. 4.

      ​​Traitement et réparabilité pratiques :​​ Le rapport de mélange de 1:1 simplifie grandement les processus de dosage et de mélange, réduisant la complexité de la production et le gaspillage. Sa viscosité mélangée de 2135 cP offre une bonne fluidité, assurant une pénétration et un remplissage complets des géométries complexes et des espaces fins. De manière cruciale, si un module nécessite une reprise, le silicone durci peut être coupé et décollé avec précision. Les composants peuvent être réparés et la zone rempotée, ce qui réduit considérablement les coûts après-vente, un avantage clair par rapport aux époxydes rigides.

   5. 5.

      ​​Résistance à la flamme et certifications fiables :​​ DOWSIL™ 170 est certifié UL 94 V-0 et conforme à la norme ferroviaire EN 45545-2 (niveau HL3), répondant aux exigences de sécurité strictes pour les applications industrielles.

​​Processus d'application :​​

Sur la chaîne de production automatisée du client, le processus était le suivant :

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      ​​Préparation et mélange :​​ Les composants A et B ont été amenés à température ambiante à partir d'un stockage frigorifique. Ils ont ensuite été dosés et mélangés avec précision selon un rapport volumique de 1:1 à l'aide d'un équipement de distribution automatisé.

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      ​​Rempotage :​​ Le liquide mélangé de manière homogène a été distribué dans le boîtier du module d'alimentation contenant les composants assemblés. Grâce à sa fluidité appropriée, le matériau a facilement rempli tous les vides et encapsulé chaque composant sensible sans avoir besoin d'un dégazage sous vide supplémentaire (pour cette structure spécifique).

   3. 3.

      ​​Durcissement :​​ Pour améliorer l'efficacité de la production, les modules ont été placés dans un four à 70°C pendant 25 minutes pour un durcissement complet. Alternativement, le durcissement pouvait être obtenu à 25°C pendant 24 heures, offrant une flexibilité de planification.

​​Résultats et avantages :​​

Après le rempotage avec DOWSIL™ 170, les performances des modules d'alimentation 5G du client ont été considérablement améliorées :

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    ​​Fiabilité considérablement améliorée :​​ Les modules ont passé plus de 2000 cycles de tests thermiques rigoureux et des tests d'humidité prolongés sans aucune défaillance due aux problèmes de contrainte ou d'isolation.

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    ​​Gestion thermique optimisée :​​ La température de fonctionnement maximale des dispositifs d'alimentation a diminué d'environ 15°C, ce qui devrait plus que doubler la durée de vie du produit.

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    ​​Efficacité de la production et optimisation des coûts :​​ Le rapport de mélange simplifié a amélioré le rendement de la production, et la réparabilité a considérablement réduit les coûts de service après-vente.

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    ​​Compétitivité accrue sur le marché :​​ Les hautes performances et la fiabilité sont devenues des arguments de vente essentiels, permettant au client de remporter avec succès des contrats pour de nombreux projets d'infrastructure 5G majeurs.

​​Conclusion :​​

Dans cette application, l'encapsulant de silicone DOWSIL™ 170 a parfaitement démontré sa valeur en tant que matériau d'emballage haute performance. Ce n'est pas seulement une charge, mais un matériau d'ingénierie essentiel qui améliore la fiabilité du produit, la densité de puissance et la durabilité à long terme. Sa combinaison unique de flexibilité, de bonne conductivité thermique, de facilité de traitement et de réparabilité en fait un choix idéal pour la protection par rempotage dans les équipements électroniques haut de gamme fonctionnant dans des conditions difficiles, telles que les unités d'alimentation et de contrôle dans les communications 5G, les contrôles industriels, les véhicules à énergie nouvelle et le transport ferroviaire.