ДВА В ОДНОМУ: НОВА ТЕХНОЛОГІЯ X2F

20.04.2023 |

Технологія extrude-to-fill (X2F) дозволяє створити електронний корпус, який ефективно розсіює тепло в процесі формування під низьким тиском.

У міру того, як пристрої стають меншими, швидшими та більш функціональними, збільшення щільності потужності, що використовується у все менших об’ємах, може призвести до більшої кількості відмов через надмірно високі робочі температури. Щоб запобігти гарячим точкам і збоям, високоефективне обладнання потребує ефективних рішень для управління температурою, і акумуляторні системи є яскравим прикладом. Від акумуляторних електроінструментів до крихких акумуляторів мобільних телефонів покращена теплопровідність і ефективне керування охолодженням є важливими для підвищення продуктивності та зменшення кількості поломок. Сьогодні методами управління температурою, які широко використовуються, є рідинне охолодження, дротове охолодження та активні радіатори.

Чотири основні загрози надійності електронних пристроїв

Термічний цикл є одним із основних факторів, що спричиняє вихід з ладу електронних пристроїв. Під дією тепла посилюються фізико-хімічні параметри, відповідальні за різні поломки електронних компонентів. Пристрої нагріваються через високі вимоги до потужності або стрибки напруги, і тепло потрібно відводити від системи до того, як настане термічна втома – управління температурою є однією з найбільших проблем в електроніці. Наприклад, гарячі точки на друкованих платах, які лежать в основі систем керування батареями, регулярно погіршують продуктивність заряджання та розряджання (наприклад, BMS може сповільнювати процес заряджання, щоб зменшити теплове навантаження на окремі компоненти).

Захисні покриття та речовини для заливки, які зараз використовуються в більшості пристроїв (наприклад, у BMS), запобігають виходу приладів з ладу через вологість, пил і вібрацію, але вони не призначені для управління температурою та мають погану теплопровідність. Крім того, ці матеріали зазвичай вимагають трудомістких процесів маскування без отримання переваг покращених теплових характеристик. У результаті виникла потреба в розробці передових термоматеріалів з відмінними властивостями теплопередачі, необхідних для створення ефективних і безпечних систем батарейного живлення.

Рішення Extrude to Fill (X2F) базується на полімерах, які можна формувати за допомогою запатентованого процесу CVM (Controlled Viscosity Molding — контрольована в’язкість) у готові корпуси, які вирішують чотири основні проблеми надійності електронних пристроїв: пил, вологість, вібрація та тепло. Технологія X2F використовує запатентовану процедуру імпульсного дозування на основі процесу формування під низьким тиском, використовуючи алгоритми контролю в’язкості та дані, зібрані масивом датчиків. Технологія X2F дозволяє виготовляти сучасні електропровідні компоненти, усуваючи ризик утворення гарячих точок завдяки герметичному, теплопровідному закриттю. Більше того, електронні компоненти, захищені таким чином, також працюватимуть при нижчій температурі, що додатково підвищує їх ефективність. Процес X2F також досить щадний, щоб не пошкодити чутливі компоненти.

Переваги процесу термоформування полімерів є результатом усунення повітря із системи, яке є дуже поганим провідником тепла. Завдяки використанню в процесі CVM теплопровідних полімерів повітря повністю витісняється ними. Це створює тепловий шлях для ефективного розсіювання тепла від чутливих до температури пристроїв. Технологію X2F можна використовувати як заміну заливки, герметизації та захисних покриттів. Метод X2F дає змогу створювати пристрої, які неможливо виготовити за допомогою інших процесів, таких як лиття під тиском або адитивне формування. Компанія X2F – власник технології – розповідає в своїх матеріалах про можливість зниження температури за допомогою теплопровідних полімерів в BMS на 25-30%. Цю технологію можна використовувати не тільки в акумуляторних системах, а й у двигунах, світлодіодних драйверах, сонячних інверторах, друкованих платах тощо.

Формування з контрольованою в’язкістю (CVM)

В’язкість пластмас можна визначити як здатність молекулярних ланцюгів «ковзати один по одному». Коли пластик холодний і, отже, має високу в’язкість, здатність ланцюжків ковзати один по одному знижується, дозволяючи пластику згинатися та повертатися у форму завдяки молекулярній пам’яті. Коли пластик розплавляється, з низькою в’язкістю, необхідною для лиття під тиском, полімерні ланцюги легше течуть один уздовж одного, дозволяючи пластику змінювати форму відповідно до форми, у яку його вводять. Після охолодження маса зберігає форму форми.

Ключова відмінність між технологією CVM фірми X2F і традиційною технологією лиття під тиском полягає в тому, як пластик виготовляється з низькою в’язкістю та як його передають у прес-форму. Це має дуже значний вплив на взаємозв’язки молекул полімеру та тип інструментів і машин, необхідних для виконання процесу. Звичайне лиття під тиском зосереджується на використанні тиску для генерації тепла для плавлення полімеру. Полімери є нафтопродуктами – коли на частинки нафти діє тиск, механічна сила перетворюється на теплову енергію, яка плавить пластик. Цей процес відбувається на етапі підготовки в екструзійно-інжекційному циліндрі та в системі сопел і каналів під час високошвидкісного впорскування. Це проблематично, оскільки розплав полімеру має неньютонівські параметри. Коли розплав полімеру знаходиться в зоні впорскування звичайної машини для лиття під тиском і тиск застосовується комбінацією шнеків екструдера, в’язкість збільшується перед початком фази зсуву. У кристалічних полімерів в’язкість збільшується в п’ять разів. У випадку аморфних смол, які використовуються, наприклад, у пластиковій оптиці (полікарбонат, акрил, стирол і т.п.), в’язкість збільшується в 15-25 разів до початку зсуву.

Система впорскування звичайної формувальної машини повинна подолати цей стрибок в’язкості до того, як почнеться зсув і розплавлений полімер потече у форму. Високий тиск, необхідний для створення тепла зсуву, розтягує полімерні ланцюги, розплутуючи їх і переставляючи в напрямку потоку; для них це неприродна позиція. Тиск, який використовується під час звичайного формування, настільки високий, що молекулярні ланцюги, упаковані в порожнину форми, не можуть розслабитися та знову з’єднатися з навколишніми молекулами. Це неприродне вирівнювання полімерних ланцюгів у напрямку течії є джерелом посиленого анізотропного двозаломлення, анізотропної усадки та тиску.

Процес CVM передає тепло, що виділяється електричним струмом, до смоли, щоб довести її до заданої в’язкості без етапу зсуву, який виконується в екструдері, спеціально розробленому для процесу X2F. Коли розплавлений пластик досягає бажаної в’язкості, виміряної за температурою та фактичним опором текучості, розплавлений полімер повільніше заповнюється формою, а тиск поступово збільшується, доки не досягне цільового значення (технологія, розроблена X2F, використовує багатоетапний процес нагнітання матеріалу у форму за допомогою запатентованого імпульсного пакета, поступово створюючи оптимальний тиск у формі). Під час процесу CVM полімерні ланцюги залишаються переплутаними, що призводить до відсутності анізотропної усадки або нерівномірної щільності, які часто є проблемою для звичайних машин для лиття під тиском.

За матеріалами сайту https://tek.info.pl