Przykłady zastosowania DowsilTM CN-8760 Wykorzystanie kapsularza przewodzącego ciepło w modułach energetycznych przemysłowych

Wraz z rozwojem modułów zasilania przemysłowego w kierunku dużej gęstości mocy i miniaturyzacji, wyzwania związane z rozpraszaniem ciepła stają się coraz poważniejsze. Wydajne i niezawodne materiały do zalewania o wysokiej przewodności cieplnej stały się kluczem do zapewnienia długoterminowej stabilnej pracy modułów. Termoprzewodzący uszczelniacz Dowsil™ CN-8760 firmy Dow, dzięki doskonałej przewodności cieplnej, wygodnej obróbce i niezawodnym właściwościom izolacji elektrycznej, stał się idealnym wyborem do takich zastosowań. Niniejsze studium przypadku szczegółowo opisuje jego udane zastosowanie w nowym przemysłowym module zasilania falownika.

Dowsil™ CN-8760 to dwuskładnikowy uszczelniacz termoprzewodzący o stosunku mieszania 1:1, który utwardza się w temperaturze pokojowej lub pod wpływem ciepła, tworząc ciemnoszarą elastomer. Jego kluczową zaletą jest równowaga między doskonałą wydajnością przetwarzania a niezawodnymi właściwościami materiałowymi.

• Umiarkowana przewodność cieplna: Dzięki przewodności cieplnej wynoszącej 0,66 W/mK, skutecznie przewodzi ciepło generowane przez urządzenia mocy (takie jak IGBT, MOSFET), zmniejszając temperaturę złącza chipów i zwiększając zdolność modułu do cyklicznego obciążenia mocą oraz jego żywotność.

• Niska lepkość, dobra płynność: Mieszana lepkość wynosi 2850 cP, co zapewnia dobrą płynność umożliwiającą pełne wypełnienie złożonych struktur wewnętrznych i małych szczelin modułu, enkapsulację komponentów i pinów oraz redukcję uwięzionego powietrza.
• Długi czas pracy: W temperaturze 25°C czas życia mieszaniny wynosi aż 120 minut, co zapewnia wystarczające okno czasowe do obróbki przy dozowaniu ręcznym lub operacjach na zautomatyzowanych liniach produkcyjnych.
• Wiele opcji utwardzania: Obsługuje utwardzanie w temperaturze pokojowej (25°C), a także może być przyspieszone cieplnie (np. 40 minut w 50°C), aby spełnić różne wymagania cyklu produkcyjnego.

• Doskonała izolacja elektryczna: Rezystywność objętościowa >1E16 ohm*cm, wytrzymałość dielektryczna do 33 kV/mm, zapewniająca niezawodną ochronę izolacyjną dla obwodów wysokiego napięcia.
• Elastyczny elastomer: Utwardzona twardość Shore'a A wynosi 52, tworząc miękki elastomer, który skutecznie buforuje naprężenia spowodowane cyklicznym obciążeniem termicznym lub wibracjami mechanicznymi, chroniąc wrażliwe komponenty i połączenia lutowane.
• Certyfikacja wysokiej niezawodności: Certyfikat UL 94 V-0 w zakresie klasyfikacji palności, spełniający wymagania bezpieczeństwa dotyczące trudnopalności materiałów w sprzęcie przemysłowym.

• Łatwość naprawy: W przeciwieństwie do sztywnych materiałów do zalewania, utwardzony elastomer kauczuku silikonowego można ciąć i odrywać ostrym ostrzem, co ułatwia przeróbki, naprawy lub wymianę wadliwych modułów, znacznie zmniejszając koszty złomu.

Falowniki przemysłowe są sercem napędów silnikowych. Moduły zasilania w ich wnętrzu integrują wiele przełączających urządzeń wysokiego napięcia i wysokoprądowych, generując znaczną ilość ciepła i często pracując w środowiskach z wibracjami i zakłóceniami elektrycznymi. Wymagania dotyczące materiałów do zalewania są niezwykle rygorystyczne.

• Przewodnictwo cieplne i rozpraszanie ciepła: Dowsil™ CN-8760 jest zalewany w obudowie modułu zasilania, szczelnie enkapsulując komponenty generujące ciepło, takie jak IGBT i diody. Jego sieć przewodnictwa cieplnego szybko przenosi ciepło z punktowych źródeł ciepła na cały związek zalewowy, który następnie jest rozpraszany do zewnętrznego radiatora poprzez metalowy podkład lub obudowę modułu, skutecznie zmniejszając temperaturę gorących punktów krytycznych komponentów. Testy pokazują, że w tych samych warunkach pracy moduły zalane CN-8760 mają temperaturę złącza rdzeniowego IGBT o około 15-20°C niższą niż moduły niezalane lub te z użyciem zwykłego smaru termoprzewodzącego, co znacznie poprawia zdolność modułu do przeciążenia i jego długoterminową niezawodność.

• Odporność na wilgoć i kurz: Utwardza się do postaci gęstego elastomeru, całkowicie uszczelniając wnętrze modułu, zapobiegając przedostawaniu się wilgoci, kurzu i żrących gazów. Spełnia wymagania ochrony IP67 i wyższe, nadaje się do trudnych środowisk przemysłowych (np. tekstylny, górniczy, szafy zewnętrzne).
• Izolacja i wytrzymałość napięciowa: Wysoka wytrzymałość dielektryczna i rezystywność objętościowa zapewniają bezpieczną izolację między wewnętrzną szyną zbiorczą wysokiego napięcia (do kilku tysięcy woltów) a liniami sygnałowymi niskiego napięcia lub metalową obudową wewnątrz modułu, zapobiegając ścieżkom prądowym i przebiciom, oraz zapewniając bezpieczeństwo systemu.
• Buforowanie mechaniczne i tłumienie drgań: Miękka elastyczna tekstura pochłania i rozprasza naprężenia mechaniczne wynikające z wibracji podczas pracy urządzenia lub uderzeń zewnętrznych, chroniąc delikatne części, takie jak chipy, druty łączące i połączenia lutowane, poprawiając trwałość modułu w środowiskach wibrujących.

• Nadaje się do produkcji zautomatyzowanej: Stosunek mieszania 1:1 jest odporny na błędy proporcji mieszania, nadaje się do automatycznych urządzeń dozujących, mieszających i dyspensujących, zapewniając spójność partii. Długi czas życia mieszaniny eliminuje ryzyko przedwczesnego żelowania materiału na linii produkcyjnej.
• Obniża całkowity koszt: Brak potrzeby utwardzania w wysokiej temperaturze i przez długi czas, oszczędzając energię i czas. Doskonała możliwość naprawy zmniejsza ogólny wskaźnik złomu modułów z powodu niewielkiej liczby defektów, oferując bardziej korzystny całkowity koszt użytkowania.

W tym zastosowaniu dla przemysłowego modułu zasilania falownika, termoprzewodzący uszczelniacz Dowsil™ CN-8760 skutecznie rozwiązał problem rozpraszania ciepła przy dużej gęstości strumienia cieplnego, jednocześnie zapewniając doskonałą izolację elektryczną, ochronę środowiskową i buforowanie mechaniczne. Jego elastyczna obróbka (długi czas życia mieszaniny, opcjonalne utwardzanie w temperaturze pokojowej/cieplne) idealnie pasuje do nowoczesnych zautomatyzowanych linii produkcyjnych, a jego możliwość naprawy oferuje dużą wygodę w produkcji i obsłudze posprzedażnej. Ten materiał nie tylko zwiększa gęstość mocy, niezawodność i żywotność produktu końcowego, ale także pomaga producentom optymalizować wydajność produkcji i koszty. Dla różnych urządzeń elektronicznych wymagających zarówno zarządzania termicznego, jak i ochrony, takich jak moduły zasilania, zasilacze, czujniki i jednostki sterowania elektrycznego, Dowsil™ CN-8760 jest niezawodnym, wysokowydajnym rozwiązaniem do zalewania.