علل، ضوابط پذیرش و طرح اصلاح جامع برای تاول زدن عایق و خطاهای لایه لایه شدن در شینه چند لایه کامپوزیت

به عنوان یک جزء رسانای هسته در الکترونیک قدرت مدرن، شینه چند لایه کامپوزیت با ترکیب چندین لایه هادی مسی با مواد عایق، اندوکتانس کم، ظرفیت انتقال جریان{0} بالا و طرحی فشرده را به دست می‌آورد. در کاربردهایی مانند وسایل نقلیه با انرژی جدید، اینورترهای فتوولتائیک، حمل و نقل ریلی و سیستم های تامین برق صنعتی، لایه عایق نه تنها ایزوله الکتریکی را فراهم می کند، بلکه قابلیت اطمینان طولانی مدت کل ساختار شینه را نیز تعیین می کند.

 

در کاربردهای عملی، شینه های چند لایه ممکن است ناهنجاری هایی مانند تاول زدن عایق، لایه لایه شدن یا برآمدگی موضعی را نشان دهند. این مسائل معمولاً از یک نقص منشأ نمی‌گیرند، بلکه ناشی از تأثیر متقابل مواد، فرآیندهای تولید، کنترل‌های محیطی و طراحی سازه هستند. هنگامی که لایه لایه شدن در لایه عایق رخ می دهد، ممکن است شکاف های هوای داخلی ایجاد شود که منجر به تخلیه جزئی (PD)، کاهش قدرت دی الکتریک یا حتی خرابی الکتریکی شود. بنابراین، برای محصولاتی که دارای تاول یا لایه لایه شدن قابل توجهی هستند، عملکرد را نمی توان به سادگی از طریق گرم کردن مجدد یا فشار دادن مجدد بازیابی کرد. در عوض، علت اصلی شکست باید تجزیه و تحلیل شود و بهبودها در منبع اجرا شوند.

 

 

1. عدم تطابق سیستم جذب رطوبت یا عایق

مواد عایق داخلی شین‌های چند لایه معمولاً در معرض{0} مدت طولانی در معرض دماهای بالا، چرخه ولتاژ و تنش مکانیکی قرار می‌گیرند. اگر فیلم عایق دارای نرخ جذب رطوبت بالایی باشد یا سیستم رزین مقاومت حرارتی کافی نداشته باشد، ممکن است رطوبت در طی چرخه حرارتی بعدی تبخیر شود و فشار داخلی ایجاد کند و باعث ایجاد حباب در لایه عایق شود.

 

برای کاربردهای-درجه حرارت بالا،-قدرت بالا-مانند شین‌های چند لایه برای محیط‌های با دمای بالا-یا شین‌های اینورتر{4}} ضروری است که مواد عایق با دمای انتقال شیشه‌ای بالا (Tg)، جذب رطوبت کم، و خواص دی‌الکتریکی اصلاح‌شده عالی (به‌عنوان مثال، دی‌الکتریکی اصلاح‌شده/خواص) عالی انتخاب شوند. علاوه بر این، عملیات سطحی هادی های مسی باید با سیستم رزین سازگار باشد تا از استحکام پیوند سطحی پایدار و طولانی مدت اطمینان حاصل شود.

2. کنترل نادرست فرآیند لمینیت داغ{1}}پرس

شینه‌های چند لایه معمولاً با استفاده از فرآیند پرس گرم{0} خلاء تولید می‌شوند تا اتصال یکپارچه بین لایه‌های مس و عایق حاصل شود. اگر پیش گرم کردن و گاززدایی در طول فرآیند پرس داغ ناکافی باشد، هوای باقیمانده یا مواد فرار محبوس شده در مواد را نمی توان به طور موثر حذف کرد، که منجر به تشکیل حباب در طول عملیات دمای بالا می شود.

 

در طول تولید محصولاتی مانند اتصالات شینه چند لایه و محلول های برق، پارامترهایی از جمله دمای پرس داغ، فشار، سرعت گرمایش و سطح خلاء باید به شدت کنترل شوند. نرخ گرمایش بیش از حد می تواند باعث شود که رزین مسیرهای خروج گاز را به موقع مسدود کند، در حالی که فشار ناکافی اغلب منجر به اتصال بین لایه ای ناکافی می شود. بنابراین، نمایه پرس داغ باید با افزایش زمان پیش گرم کردن و گاز زدایی و اطمینان از توزیع فشار یکنواخت در کل منطقه محصول بهینه شود.

3. آلودگی سطحی کاهش استحکام باند

کیفیت پیوند بین هادی‌های مسی و مواد عایق عامل مهمی است که قابلیت اطمینان شین‌های چند لایه را تعیین می‌کند. آلاینده‌های روی سطح مس-مانند لایه‌های اکسید، روغن، گرد و غبار، یا باقیمانده‌های ماشین‌کاری{2}}قابلیت پیوند شیمیایی بین رزین و مس را مختل می‌کنند، و باعث می‌شود لایه لایه‌ای سطحی در طول چرخه حرارتی طولانی مدت ایجاد شود.

 

برای محصولات با فرکانس بالا و{1}بالا{1} (به عنوان مثال، شین‌های مسی چند لایه برای اینورترهای فرکانس بالا)، قبل از ساخت، سطح مسی قبل از{5} تصفیه دقیق مورد نیاز است. تکنیک هایی مانند تمیز کردن شیمیایی، زبری سطح، یا عملیات پلاسما برای افزایش فعالیت سطحی استفاده می شود. علاوه بر این، محیط تولید باید از نظر گرد و غبار و رطوبت کنترل شود تا از آلودگی ثانویه از به خطر انداختن کیفیت لمینیت جلوگیری شود.

 

 

برای شینه های چند لایه که دارای تاول یا لایه لایه شدن هستند، ابتدا باید ارزیابی خرابی انجام شود. اگر جدایی بین لایه ای یا حفره های داخلی قابل توجهی وجود داشته باشد-یا اگر لایه برداری از طریق-تحلیل مقطعی{3}}تأیید شود، جزء باید حذف شود. از آنجایی که پیوند بین لایه ای ایجاد شده در خلا-فشار گرم یک اتصال ساختاری دائمی است، هنگامی که یکپارچگی پیوند به خطر بیفتد، گرم کردن مجدد استاندارد یا اعمال مجدد فشار{6} نمی تواند عملکرد اولیه را بازیابی کند.

 

برای کاربردهایی مانند باسبارهای چند لایه برای IGBT I/O اینورتر توربین بادی، درایوهای فرکانس متغیر (VFD/VSD) و درایوهای AC، روش‌های تشخیص حرفه‌ای-شامل تجزیه و تحلیل مقطعی{1}، آزمایش تخلیه جزئی، و تجزیه و تحلیل حرارتی (DSC/TGA) برای شناسایی خرابی خاص مورد نیاز است.{2}

 

با توجه به بهبود فرآیند، مدیریت ذخیره سازی مواد عایق باید تقویت شود. برای جلوگیری از جذب رطوبت باید از روش هایی مانند استفاده از کابینت های خشک یا بسته بندی وکیوم استفاده کرد. در طول تولید، توصیه می‌شود رطوبت محیط را در محدوده مناسبی حفظ کنید و قبل از فرآیند ورقه‌بندی، مواد را از قبل پخت کنید تا از انبساط رطوبت به گاز در طول مرحله پرس دمای بالا جلوگیری کنید.

 

به‌علاوه، برای برنامه‌های کاربردی{0}پرقدرت-مانند شین‌ها برای PDU، ژنراتورهای نیروی بادی، و SVG (مولدهای متغیر استاتیک)-بهینه‌سازی طراحی ساختاری ضروری است. اقدامات شامل افزایش ضخامت لایه عایق برای افزایش ولتاژ اولیه تخلیه جزئی (PDIV)، پخ زدن لبه‌های هادی مسی برای کاهش غلظت میدان الکتریکی در نقاط تیز، و استفاده از تکنیک‌های آب‌بندی/گلدان در مناطق بحرانی برای به حداقل رساندن خطر شکاف‌های هوا است.

 

 

برای اطمینان از آن جدیدشینه چند لایه کامپوزیتیا دسته‌های بهبودیافته نیازمندی‌های عملیاتی طولانی‌مدت-را برآورده می‌کنند، یک فرآیند اعتبارسنجی سیستماتیک باید ایجاد شود. آزمایش قابلیت اطمینان معمولاً شامل آزمایش‌های ولتاژ مقاومتی، آزمایش‌های تخلیه جزئی (PDIV)، آزمایش‌های چرخه حرارتی و تجزیه و تحلیل ساختار داخلی است.

 

برای کاربردهای انرژی جدید{0}}مانند شین‌های چند لایه برای توزیع نیروی خودروی الکتریکی، الکترونیک قدرت، و سیستم‌های تماس سلولی یکپارچه{1}} لازم است محیط‌های عملیاتی واقعی شبیه‌سازی شوند. اعتبارسنجی پایداری لایه عایق از طریق چرخه دمای بالا- و پایین{{4} (به عنوان مثال، -40 درجه تا 125 درجه)، آزمایش بار ولتاژ طولانی مدت، و تست تنش مکانیکی به دست می‌آید.

 

علاوه بر این، در تولید{0}محصولات با قابلیت اطمینان بالا-مانند شین‌های چند لایه برای حمل و نقل ریلی،-الکترونیک با جریان بالا، و میله‌های قدرت چند لایه{3}}باید یک سیستم کنترل کیفیت جامع اجرا شود که همه چیز را از بازرسی مواد خام و نظارت بر پارامترهای تولید محصول نهایی پوشش دهد. با کنترل عواملی مانند رطوبت مواد، محتوای رزین، پروفیل های فشار دادن داغ و عملکرد عایق، می توان از خطرات احتمالی خرابی به طور پیشگیرانه جلوگیری کرد.

 

 

عملکرد عایق شینه های چند لایه نه تنها به انتخاب مواد بستگی دارد، بلکه به طور نزدیک به طراحی و قابلیت های ساخت کلی بستگی دارد. کاربردهای مختلف از شنت‌ها و میله‌های چند لایه گرفته تا میله‌ها برای ترانسفورماتورها، ماشین‌های جوش الکتریکی و تابلو برق نیاز به طرح‌هایی متناسب با جریان، ولتاژ، فرکانس و الزامات محیط عملیاتی خاص دارند.

 

طراحی باسبار چند لایه به خوبی مهندسی شده به طور موثری اندوکتانس انگلی را به حداقل می رساند، اتلاف گرما را افزایش می دهد و تنش حرارتی-مکانیکی را در طول کارکرد طولانی مدت- کاهش می دهد. علاوه بر این، کنترل هماهنگ فرآیندها-مانند مهر زنی دقیق، جوشکاری، آبکاری، و لمینیت عایق- سازگاری محصول را بهبود می‌بخشد و خطر شکست عایق را کاهش می‌دهد.

 

 

اگر در حال توسعه محصولات شینه چند لایه کامپوزیت برای بخش هایی مانند وسایل نقلیه انرژی جدید، الکترونیک قدرت، اینورترهای صنعتی یا حمل و نقل ریلی هستید و با مشکلاتی در مورد تاول زدن عایق، لایه لایه شدن، یا اعتبارسنجی قابلیت اطمینان مواجه هستید، لطفاً با ما تماس بگیرید. ما در بهینه‌سازی ساختاری، تطبیق مواد و فرآیندهای تولید متناسب با نیازهای برنامه شما، پشتیبانی ارائه می‌کنیم که به افزایش پایداری محصول و عمر مفید کمک می‌کند.