September 17, 2025
5G 기술의 급속한 발전과 함께, 특히 통신 기지국 내 전원 공급 모듈은 전례 없는 요구에 직면해 있습니다. 이러한 모듈은 극한의 온도 변화, 고주파 진동, 습기 및 먼지를 포함하는 가혹한 조건에서 안정적이고 지속적으로 작동해야 하며, 고전력 밀도 및 장기적인 전기 절연 신뢰성을 보장하면서 효과적인 열 방출을 보장해야 합니다. 유명 통신 장비 제조업체(이하 "고객사"라고 함)는 차세대 산업용 5G 기지국 전원 공급 모듈을 설계하면서 이러한 심각한 문제에 직면했습니다.
문제점 및 요구 사항:
고객사의 전원 모듈은 고주파 변압기, 전력 인덕터, MOSFET 및 정밀 제어 IC와 같은 민감한 부품을 통합했습니다. 기존 에폭시 수지 캡슐화재를 사용한 초기 테스트에서 다음과 같은 심각한 문제가 나타났습니다. 첫째, 경화된 에폭시 수지의 높은 경도와 높은 탄성률은 에폭시, 부품, PCB 및 금속 하우징 간의 열팽창 계수(CTE) 불일치로 인해 격렬한 열 사이클링(-40°C ~ +85°C) 동안 상당한 내부 응력을 발생시켰습니다. 이로 인해 다층 세라믹 커패시터(MLCC)에 미세 균열 또는 파손이 발생하고 솔더 접합 피로 고장이 발생했습니다. 둘째, 내부 핫 스팟이 나타났고, 기존 캡슐화재의 불충분한 열 전도율(약 0.2 W/mK)로 인해 중요한 전력 장치가 과열되어 전체 수명과 효율성이 저하되었습니다. 그들은 동시에 우수한 응력 흡수, 우수한 열 전도성, 편리한 수리성 및 UL 인증 난연성을 제공할 수 있는 재료가 시급히 필요했습니다.
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재료 선택: DOWSIL™ 170 실리콘 엘라스토머
광범위한 평가와 엄격한 테스트를 거친 후, 고객사는 최종적으로 Dow의 DOWSIL™ 170 2액형 실리콘 캡슐화재를 솔루션으로 선택했습니다. 이 결정은 탁월한 종합적인 특성을 기반으로 했습니다.
우수한 유연성 및 응력 완화: DOWSIL™ 170은 Shore A 경도 47의 부드러운 엘라스토머로 경화됩니다. 낮은 탄성률은 열 및 기계적 응력을 효과적으로 흡수하고 분산시켜 섬세한 부품에 대한 "보호 쿠션" 역할을 하며 CTE 불일치로 인한 고장을 완전히 제거합니다.
우수한 열 전도성: 0.48 W/mK의 열 전도성은 일반적인 캡슐화재보다 훨씬 높으며, 전력 장치에서 금속 하우징으로 열을 효율적으로 전달하여 내부 작동 온도를 낮추고 전력 밀도와 장기적인 신뢰성을 향상시킵니다.
탁월한 전기 절연: 매우 높은 체적 저항률(>5.6×10¹⁷ Ω·cm)과 472 V/mil(18 kV/mm)의 절연 내력은 고전압, 고밀도 회로에 지속적이고 안정적인 절연 보호를 제공하여 습한 환경에서 누설 전류 또는 단락을 방지합니다.
편리한 가공 및 수리성: 1:1 혼합 비율은 계량 및 혼합 공정을 크게 단순화하여 생산 복잡성과 폐기물을 줄입니다. 2135cP의 혼합 점도는 우수한 유동성을 제공하여 복잡한 형상과 미세한 틈새를 완전히 침투하고 채울 수 있습니다. 무엇보다도, 모듈에 재작업이 필요한 경우 경화된 실리콘을 정밀하게 절단하고 벗겨낼 수 있습니다. 부품을 수리하고 해당 영역을 다시 포팅할 수 있어 애프터 서비스 비용을 크게 절감할 수 있으며, 이는 경질 에폭시에 비해 분명한 장점입니다.
안정적인 난연성 및 인증: DOWSIL™ 170은 UL 94 V-0 인증을 받았으며 철도 표준 EN 45545-2(HL3 레벨)를 준수하여 산업용 애플리케이션에 대한 엄격한 안전 요구 사항을 충족합니다.
적용 공정:
고객사의 자동화된 생산 라인에서 공정은 다음과 같았습니다.
준비 및 혼합: 구성 요소 A와 B는 냉장 보관에서 실온으로 가져왔습니다. 그런 다음 자동 분배 장비를 사용하여 1:1 부피 비율로 정밀하게 계량하고 혼합했습니다.
포팅: 균질하게 혼합된 액체는 조립된 부품이 들어 있는 전원 모듈 하우징에 분배되었습니다. 적절한 유동성 덕분에 재료는 추가적인 진공 탈기 없이 모든 공극을 채우고 모든 민감한 부품을 캡슐화했습니다(이 특정 구조의 경우).
경화: 생산 효율성을 높이기 위해 모듈은 70°C 오븐에 25분 동안 넣어 완전히 경화시켰습니다. 또는 25°C에서 24시간 동안 경화하여 일정 유연성을 제공할 수 있었습니다.
결과 및 이점:
DOWSIL™ 170으로 포팅한 후 고객사의 5G 전원 모듈 성능이 크게 향상되었습니다.
향상된 신뢰성: 모듈은 응력 또는 절연 문제로 인한 고장 없이 2000회 이상의 엄격한 열 사이클링 테스트와 연장된 습열 테스트를 통과했습니다.
최적화된 열 관리: 전력 장치의 최대 작동 온도가 약 15°C 감소하여 제품 수명이 두 배 이상 연장될 것으로 예상됩니다.
생산 효율성 및 비용 최적화: 단순화된 혼합 비율은 생산 수율을 향상시켰고, 수리성은 애프터 서비스 비용을 대폭 절감했습니다.
증가된 시장 경쟁력: 고성능 및 신뢰성은 핵심 판매 포인트가 되어 고객사가 여러 주요 5G 인프라 프로젝트에 대한 계약을 성공적으로 확보할 수 있도록 했습니다.
결론:
이 애플리케이션에서 DOWSIL™ 170 실리콘 캡슐화재는 고성능 포장 재료로서의 가치를 완벽하게 입증했습니다. 이는 단순한 충전재가 아니라 제품 신뢰성, 전력 밀도 및 장기적인 내구성을 향상시키는 중요한 엔지니어링 재료입니다. 유연성, 우수한 열 전도성, 가공 용이성 및 수리성의 독특한 조합은 5G 통신, 산업 제어, 신에너지 자동차 및 철도 운송의 전원 및 제어 장치와 같이 가혹한 조건에서 작동하는 고급 전자 장비의 포팅 보호에 이상적인 선택입니다.
