Encapsulante de silicona de alto rendimiento DOWSILTM 170 en módulos de suministro de energía para comunicaciones industriales 5G

Con el rápido avance de la tecnología 5G, su infraestructura, particularmente los módulos de suministro de energía dentro de las estaciones base de comunicación, enfrenta demandas sin precedentes. Estos módulos deben operar de manera confiable y continua en condiciones adversas que involucran fluctuaciones extremas de temperatura, vibraciones de alta frecuencia, humedad y polvo, todo ello garantizando una disipación de calor efectiva bajo alta densidad de potencia y confiabilidad de aislamiento eléctrico a largo plazo. Un reconocido fabricante de equipos de comunicación (en adelante, "el cliente") se encontró con estos severos desafíos al diseñar su nueva generación de módulos de suministro de energía para estaciones base 5G de grado industrial.

​​Desafíos y Requisitos:​​

El módulo de energía del cliente integraba componentes sensibles como transformadores de alta frecuencia, inductores de potencia, MOSFETs y circuitos integrados de control de precisión. Las pruebas iniciales con encapsulantes de resina epoxi tradicionales revelaron problemas significativos: En primer lugar, la alta dureza y el alto módulo de la resina epoxi curada generaban una tensión interna sustancial durante los intensos ciclos térmicos (-40°C a +85°C) debido a la discrepancia del coeficiente de expansión térmica (CTE) entre la epoxi, los componentes, la PCB y la carcasa metálica. Esto provocó microfisuras o fracturas en los condensadores cerámicos multicapa (MLCC) y fallas por fatiga en las uniones soldadas. En segundo lugar, surgieron puntos calientes internos, y la conductividad térmica insuficiente (aprox. 0,2 W/mK) del encapsulante tradicional provocó el sobrecalentamiento de los dispositivos de potencia críticos, comprometiendo la vida útil y la eficiencia generales. Necesitaban urgentemente un material que pudiera proporcionar simultáneamente una excelente absorción de tensión, buena conductividad térmica, facilidad de reparación y resistencia a la llama certificada por UL.

​​Selección de Material: Elastómero de silicona DOWSIL™ 170​​

Después de una evaluación exhaustiva y pruebas rigurosas, el cliente finalmente seleccionó el encapsulante de silicona de dos componentes DOWSIL™ 170 de Dow como su solución. La decisión se basó en sus destacadas propiedades integrales:

1. 1. 1.

      ​​Excelente Flexibilidad y Alivio de Tensión:​​ DOWSIL™ 170 cura a un elastómero blando con una dureza Shore A de 47. Su bajo módulo absorbe y disipa eficazmente la tensión térmica y mecánica, actuando como un "cojín protector" para componentes delicados, eliminando por completo las fallas causadas por la discrepancia del CTE.

   2. 2.

      ​​Buena Conductividad Térmica:​​ Con una conductividad térmica de 0,48 W/mK, significativamente superior a la de los encapsulantes comunes, transfiere eficientemente el calor de los dispositivos de potencia a la carcasa metálica, reduciendo las temperaturas internas de funcionamiento y mejorando la densidad de potencia y la fiabilidad a largo plazo.

   3. 3.

      ​​Aislamiento Eléctrico Excepcional:​​ Su resistividad de volumen extremadamente alta (>5,6×10¹⁷ Ω·cm) y su rigidez dieléctrica de 472 V/mil (18 kV/mm) proporcionan una protección de aislamiento duradera y fiable para circuitos de alta tensión y alta densidad, evitando corrientes de fuga o cortocircuitos en entornos húmedos.

   4. 4.

      ​​Procesamiento y Reparabilidad Convenientes:​​ La proporción de mezcla 1:1 simplifica enormemente los procesos de medición y mezcla, reduciendo la complejidad y el desperdicio de la producción. Su viscosidad mezclada de 2135cP ofrece una buena fluidez, asegurando una penetración y un llenado completos de geometrías complejas y huecos finos. Crucialmente, si un módulo requiere reelaboración, la silicona curada se puede cortar y despegar con precisión. Los componentes se pueden reparar y el área se puede volver a encapsular, lo que reduce significativamente los costos de posventa, una clara ventaja sobre las resinas epoxi rígidas.

   5. 5.

      ​​Retardancia de Llama y Certificaciones Confiables:​​ DOWSIL™ 170 está certificado por UL 94 V-0 y cumple con la norma ferroviaria EN 45545-2 (nivel HL3), cumpliendo con los estrictos requisitos de seguridad para aplicaciones industriales.

​​Proceso de Aplicación:​​

En la línea de producción automatizada del cliente, el proceso fue el siguiente:

1. 1. 1.

      ​​Preparación y Mezcla:​​ Los componentes A y B se llevaron a temperatura ambiente desde el almacenamiento en frío. Luego se midieron y mezclaron con precisión en una proporción de volumen de 1:1 utilizando equipos de dispensación automatizados.

   2. 2.

      ​​Encapsulado:​​ El líquido mezclado homogéneamente se dispensó en la carcasa del módulo de potencia que contenía los componentes ensamblados. Gracias a su fluidez adecuada, el material llenó fácilmente todos los huecos y encapsuló cada componente sensible sin necesidad de desgasificación al vacío adicional (para esta estructura específica).

   3. 3.

      ​​Curado:​​ Para mejorar la eficiencia de la producción, los módulos se colocaron en un horno a 70°C durante 25 minutos para un curado completo. Alternativamente, el curado se podría lograr a 25°C durante 24 horas, ofreciendo flexibilidad de programación.

​​Resultados y Beneficios:​​

Después del encapsulado con DOWSIL™ 170, el rendimiento de los módulos de potencia 5G del cliente mejoró significativamente:

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    ​​Fiabilidad Muy Mejorada:​​ Los módulos pasaron más de 2000 ciclos de rigurosas pruebas de ciclo térmico y pruebas de calor húmedo extendidas sin fallas debido a problemas de tensión o aislamiento.

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    ​​Gestión Térmica Optimizada:​​ La temperatura de funcionamiento máxima de los dispositivos de potencia disminuyó en aproximadamente 15°C, lo que se proyecta que duplique la vida útil del producto.

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    ​​Eficiencia de Producción y Optimización de Costos:​​ La proporción de mezcla simplificada mejoró el rendimiento de la producción, y la reparabilidad redujo drásticamente los costos del servicio posventa.

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    ​​Mayor Competitividad en el Mercado:​​ El alto rendimiento y la fiabilidad se convirtieron en puntos de venta clave, lo que permitió al cliente asegurar con éxito contratos para múltiples proyectos importantes de infraestructura 5G.

​​Conclusión:​​

En esta aplicación, el encapsulante de silicona DOWSIL™ 170 demostró perfectamente su valor como material de embalaje de alto rendimiento. No es simplemente un relleno, sino un material de ingeniería crítico que mejora la fiabilidad del producto, la densidad de potencia y la durabilidad a largo plazo. Su combinación única de flexibilidad, buena conductividad térmica, facilidad de procesamiento y reparabilidad lo convierte en una opción ideal para la protección de encapsulado en equipos electrónicos de alta gama que operan en condiciones adversas, como unidades de potencia y control en comunicaciones 5G, controles industriales, vehículos de nueva energía y transporte ferroviario.