工業用5G通信電源モジュールにおける高性能シリコンエンカプスラントDOWSILTM 170

5G技術の急速な進歩に伴い、そのインフラ、特に通信基地局内の電源モジュールは、前例のない需要に直面しています。これらのモジュールは、極端な温度変動、高周波振動、湿気、埃などの過酷な条件下で、高電力密度と長期的な電気絶縁信頼性を確保しながら、確実に継続的に動作する必要があります。ある有名な通信機器メーカー（以下、「お客様」と呼ぶ）は、次世代の産業グレード5G基地局電源モジュールを設計する際に、これらの深刻な課題に直面しました。

​​課題と要件:​​

お客様の電源モジュールには、高周波トランス、パワーインダクタ、MOSFET、精密制御ICなどの敏感なコンポーネントが組み込まれていました。従来のエポキシ樹脂封止材を用いた初期テストでは、重大な問題が明らかになりました。まず、硬度が高く、弾性率の高い硬化エポキシ樹脂は、熱膨張係数（CTE）のミスマッチ（エポキシ、コンポーネント、PCB、金属ハウジング間）により、激しい温度サイクル（-40℃～+85℃）中に大きな内部応力を発生させました。これにより、多層セラミックコンデンサ（MLCC）の微小クラックや破損、およびはんだ接合部の疲労破壊が発生しました。次に、内部ホットスポットが出現し、従来の封止材の熱伝導率（約0.2 W/mK）が不十分であったため、重要なパワーデバイスが過熱し、全体的な寿命と効率が損なわれました。彼らは、優れた応力吸収性、良好な熱伝導性、便利な修復性、およびUL認定の難燃性を同時に提供できる材料を緊急に必要としていました。

​​材料選定：DOWSIL™ 170シリコーンエラストマー​​

広範な評価と厳格なテストの後、お客様は最終的にDowのDOWSIL™ 170二液性シリコーン封止材をソリューションとして選択しました。この決定は、その優れた総合的な特性に基づいています。

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      ​​優れた柔軟性と応力緩和:​​ DOWSIL™ 170は、ショアA硬度47の柔らかいエラストマーに硬化します。その低い弾性率は、熱的および機械的応力を効果的に吸収および分散し、繊細なコンポーネントの「保護クッション」として機能し、CTEミスマッチによる故障を完全に排除します。

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      ​​良好な熱伝導性:​​ 熱伝導率0.48 W/mKは、一般的な封止材よりも大幅に高く、パワーデバイスから金属ハウジングへの熱を効率的に伝達し、内部動作温度を下げ、電力密度と長期的な信頼性を向上させます。

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      ​​優れた電気絶縁:​​ その非常に高い体積抵抗率（>5.6×10¹⁷ Ω・cm）と472 V/mil（18 kV/mm）の絶縁破壊強度は、高電圧、高密度回路に永続的で信頼性の高い絶縁保護を提供し、湿度の高い環境での漏れ電流や短絡を防止します。

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      ​​便利な処理と修復性:​​ 1:1の混合比は、計量と混合プロセスを大幅に簡素化し、生産の複雑さと無駄を削減します。その混合粘度2135cPは、良好な流動性を提供し、複雑な形状や微細な隙間の完全な浸透と充填を保証します。重要なのは、モジュールに再作業が必要な場合、硬化したシリコーンを正確に切断して剥がすことができます。コンポーネントを修理し、その領域を再ポッティングできるため、アフターサービスコストを大幅に削減できます。これは、硬質エポキシよりも明確な利点です。

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      ​​信頼性の高い難燃性と認証:​​ DOWSIL™ 170はUL 94 V-0認定を受けており、鉄道規格EN 45545-2（HL3レベル）に準拠しており、産業用途の厳しい安全要件を満たしています。

​​アプリケーションプロセス:​​

お客様の自動生産ラインでは、プロセスは次のとおりでした。

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      ​​準備と混合:​​ コンポーネントAとBを冷蔵保管から室温に戻しました。その後、自動ディスペンシング装置を使用して、1:1の体積比で正確に計量し、混合しました。

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      ​​ポッティング:​​ 均一に混合された液体を、組み立てられたコンポーネントを含む電源モジュールハウジングに供給しました。適切な流動性のおかげで、材料はすべての空隙を容易に充填し、追加の真空脱泡（この特定の構造の場合）を必要とせずに、すべての敏感なコンポーネントを封止しました。

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      ​​硬化:​​ 生産効率を高めるために、モジュールを70℃のオーブンに25分間入れて完全に硬化させました。または、25℃で24時間硬化させることもでき、スケジューリングの柔軟性を提供しました。

​​結果と利点:​​

DOWSIL™ 170でポッティングした後、お客様の5G電源モジュールの性能は大幅に向上しました。

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    ​​信頼性の大幅な向上:​​ モジュールは、2000サイクル以上の厳格な温度サイクルテストと、応力または絶縁の問題による故障なしで、拡張された湿熱テストに合格しました。

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    ​​最適化された熱管理:​​ パワーデバイスのピーク動作温度は約15℃低下し、製品寿命が2倍以上になると予測されています。

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    ​​生産効率とコストの最適化:​​ 簡素化された混合比により、生産歩留まりが向上し、修復性によりアフターサービスコストが大幅に削減されました。

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    ​​市場競争力の向上:​​ 高い性能と信頼性が主要なセールスポイントとなり、お客様は複数の主要な5Gインフラプロジェクトの契約を無事に獲得することができました。

​​結論:​​

このアプリケーションにおいて、DOWSIL™ 170シリコーン封止材は、高性能パッケージング材料としての価値を完全に実証しました。これは単なる充填材ではなく、製品の信頼性、電力密度、および長期的な耐久性を向上させる重要なエンジニアリング材料です。その柔軟性、良好な熱伝導性、容易な処理性、および修復性の独自の組み合わせにより、5G通信、産業用制御、新エネルギー車、鉄道輸送などの過酷な条件下で動作するハイエンド電子機器のポッティング保護に最適です。