Неліктен Силикон Электрондық Өнімдердің Дизайнын Түбегейлі Өзгертуде

Электроника және Электр Жүйелеріндегі Силикон Каучогінің Кеңінен Қолданылуы

Кремний бүгінгі электрондық әлемде шынымен танымал болып келеді, соңғы зерттеулерге сәйкес (Ponemon, 2023), өндірушілердің шамамен 7-ден 10-ы жылу мәселелерін шешу үшін өздерінің өнімдеріне оны енгізуде. Бұл материалды неге осыншалық популяр етті? Шirkеттер кремнийдің -55 градус Цельсийден бастап 300 градусқа дейінгі температуралық шектерде пішінін немесе қасиеттерін жоғалтпай қалай жақсы ұстағанын көргеннен кейін, оның потенциалын ескермеуге болмады. Бұл қасиет оны ақылды сағаттар, электрлік автомобильдердің ішкі бөлшектері мен біздің қазіргі кезде барлық жерде кездестіретін кішкентай сенсорлар сияқты заттар үшін ерекше бағалы етеді. Қарапайым пластик немесе резеңке материалдарымен салыстырғанда, кремний күн сәулесінен зиян көруге, озондық әсерлерге және су өтуіне әлдеқайда жақсы төзеді. Сондықтан инженерлер күрделі электр тізбектерінің жанындағы тығыздандырғыштарды жасау үшін және сезімтал компьютерлік чиптерді қатаң жағдайларда да сенімді жұмыс істеуі үшін қорғау үшін кремнийді пайдалануды ұнатады.

Кремний негізіндегі компоненттерге өтудің негізгі себептері

Кремнийдің басымдығын үш фактор қамтамасыз етеді:

Бұл сипаттамалар RoHS және REACH стандарттарына сәйкестікпен бірге ұзақ мерзімді пайдалану мен тұрақтылықтың екі талабын қанағаттандырады. Мысалы, медициналық имплантаттар терімен 30 күннен астам уақыт бойы жанасу кезінде тітіркендірусіз силиконның биологиялық үйлесімділігін пайдаланады.

Силикон бөлшектерінің дайындауда өзгерту мүмкіндіктері мен дизайнының кеңеюін көрсететін нарықтық тенденциялар

MarketsandMarkets 2024 жылғы деректеріне сәйкес, дүниежүзілік силикон электроникасы нарығы 2030 жылға дейін шамамен 7,8% құрама жылдық өсу қарқынымен кеңейтілуі мүмкін. Бұл өсу негізінен белгілі бір қолданбаларға сәйкес келетін арнайы формулаларға сұраныстың артуымен қоздырылуда. Қазіргі өндірушілер стандартты өнімдерді ғана сатып жүргізбейді. Олар жаңа 5G құрылғыларында ЭМИ-ден қорғау үшін электр өткізгіш силикондар, AR және VR бас киімдерінің сақиналарында пайдалану үшін оптикалық түрде таза нұсқалар мен электрлік көліктердің аккумуляторларын орналастыру үшін қатаң UL 94 V-0 стандарттарын қанағаттандыратын жанбайтын материалдар өндіруді бастады. Соңғы салалық есептерге, әсіресе 2024 жылғы Electronics Material Trends Study-ге қарағанда, қызықты нәрсе байқалады. Тапсырыс беруші жабдық өндірушілердің 40%-дан астамы брендінің түстеріне дәл сәйкес келетін және брендінің Shore қаттылық деңгейлерін сұрап отыр. Сектор бойынша тапсырыс бойынша өнімдерге деген қажеттілік сақталып отыр сияқты.

Электроника үшін силиконды идеалды ететін негізгі материал қасиеттері

Электроникадағы силикондардың жылулық және қоршаған ортаға төзімділігі

Силикон автомобильдің сенсорлары мен өнеркәсіптік корпуслар сияқты қолданыста пластмассалар мен резеңкелерден асып түсетін экстремалды температуралар ауқымында (-50°C - ден 350°C-ға дейін) сенімді жұмыс істейді. Оның жанбайтындығы және ультракүлгін сәулелерге, озонға және ылғалдылыққа ұзақ уақыт төзімділігі ашық аспан астындағы және жоғары жылулық электроника үшін маңызды.

Силикон материалдарының электр изоляциясы мен диэлектрикалық беріктігі

Диэлектрикалық беріктігі 20 кВ/мм-ден асатын силикон электр тарату жүйелері мен тұтынушы құрылғыларда доға пайда болуын және қысқа тұйықталуды болдырмау үшін мықты электр изоляторы ретінде қызмет етеді. Бұл қасиет коронамен разрядқа қарсы төзімділікпен бірге EV аккумуляторлары мен өнеркәсіптік коннекторлар сияқты жоғары кернеулі қолданыстарда қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.

Силикондық резеңкенің ұзақ мерзімділігі, икемділігі және химиялық заттарға төзімділігі

Силиконның серпімділігі — 600% дейін созылуы — және майларға, қышқылдар мен еріткіштерге төзімділігі динамикалық ортада қайталанатын герметизациялауды қамтамасыз етеді.

Бұл артықшылықтар химиялық өңдеу жабдықтары мен киілетін медициналық құрылғыларда техникалық қызмет көрсетудің құнын төмендетеді.

Силикондық эластомерлердің қалыптауға бейімділігі мен конструкциялық икемділігі

Сұйық силикондық каучук (LSR) микроскопиялық қуыстарға толып кетеді, тактильді интерфейстер мен микросеріппелер үшін 0,2 мм қалыңдықтағы элементтерді дәлме-дәл қалыптауға мүмкіндік береді. Бұл дизайн еркіндігі беріктікті нашарлатпай-ақ компактілі, жеңіл электрондық өнімдерді қолдауға мүмкіндік береді.

Шынайы әлемнің қолданылуы: Силиконның инкапсуляциясы, герметизациялау және жарықтандыру

Қатаң орталардағы аппараттық/компоненттердің силиконмен инкапсуляциялануы

Минус 60 градус Цельсийден 230 градус Цельсийге дейінгі силиконның жылулық тұрақтылық диапазоны мен химиялық заттарға төзімділігі өнеркәсіптік сенсорлар, автомобильдердегі басқару құрылғылары мен ұшақтарда қолданылатын электрондық компоненттер сияқты нәрселерді қорғау үшін өте маңызды. Силиконмен инкапсуляция туралы айтқанда, бұл ылғалдың кіруінен сақтайды, отынға төзімді және тербелісті жұмсартады. Мұндай тәсілмен қорғалған компоненттер қатты пластиктерді қолданғаннан гөрі қиын жағдайларда шамамен 40 пайызға ұзақ қызмет етеді. Теңізден тыс энергетикалық платформаларды мысалға алайық. Тұзды су уақыт өте келе өте разрушительді болуы мүмкін, бірақ силикон қазіргі заманның көптеген басқа альтернативаларына қарағанда осы коррозияға жақсырақ төзеді. Сондықтан көптеген мамандар сенімділіктің ең маңызды болып табылатын қиын қолданбалар үшін силикон материалдарын көрсетеді.

Тұтынушылық электроникада силиконмен тығыздау және сақиналар

Силикондық герметиктер смартфондарда, киілетін гаджеттерде және үй техникасында қозғалысты өте жақсы ұстайтын және жеткілікті дәрежеде икемді болатындықтан, олар қазір стандартқа айналды. Осы сақтандырғыштардың жұмыс істеуі туралы соңғы зерттеулер силикондық сақтандырғыштардың минус 40 градус Цельсийден 150 градус Цельсийге дейінгі мыңдаған температуралық өзгерістерден кейін де заттарды ауасыз қалпында ұстай алатынын көрсетеді. Шын мәніндегі пайдасы — ылғалдың ішке түсуінен туындайтын ақаулар шамамен екі есе азаяды, сондықтан құрылғылар ұзақ қызмет етеді. Сонымен қатар, өндірушілер қазіргі уақытта болатын мөлдір нұсқаларды бағалайды, себебі олар ультракүлгін сәулелерге ұзақ уақыт төзімділігін жоғалтпай-ақ шыны немесе поликарбонат корпусқа дәл келеді.

LED және жарықтандыру қолданбаларында Сұйық Силикондық Каучук (LSR) қолданылуы

LSR-дың оптикалық тазалығы және шамамен 200 градус Цельсийге дейінгі жылуға төзімділігі оны бүгінгі күнде LED көше шамдары мен автомобиль фаралары сияқты заттар үшін өте танымал етеді. Өндірушілер LSR инкапсуляция әдістерін қолданған кезде, олар өте жақсы нәтижелерге қол жеткізуде. Құрамдас бөлшектер шамамен 10 000 сағат бойы үздіксіз жұмыс істегеннен кейін де көптеген өндірушілер жарық өткізу тиімділігін шамамен 92% құрайды деп хабарлайды. Екінші үлкен артықшылық – LSR-ды күрделі пішіндерге қалыптауға болатындығы. Бұл шағын қондырғыларда жарық таралуын шамамен 35% арттыратын микролинзалық массивтерді жасауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, тұрақты УК сәулесіне ұшырауына қарамастан, уақыт өте жартылтпайды, ал бұл кәдімгі материалдар шыдай алмайтын нәрсе.

Ақылды және киілетін технологиялардағы силикон: ыңғайлылық пен өнімділіктің үйлесімі

Силиконның икемділік, биологиялық үйлесімділік және ұзақ мерзімді пайдалану қасиеттерінің үйлесімі оны келесі ұрпақтың ақылды және тағатын технологияларында болмағанын болдырмауды қамтамасыз етті. Құрылғылар пайдаланушылардың өмір салтына толықтай сәйкес келетіндей дамыған сайын, силикон материалдарының қасиеттері өнімділік пен эргономиканы бірдей ескеретін конструкциялар жасауға мүмкіндік береді.

Силиконның биологиялық үйлесімділігі мен икемділігін пайдаланатын ақылды құрылғылар

Тағылатын денсаулық сақтау технологиялары теріні тітіркендірмейтін және денемен жақсы жұмыс істейтін медициналық сапалы силиконға көп сүйенеді. 2024 жылғы соңғы зерттеулер пластик баламаларынан жасалған құрылғылармен салыстырғанда силиконнан жасалған құрылғылардың қызылдықты шамамен 60% аз тудыратынын көрсетті. Қан қант мониторлары немесе жүрек соғысы пластиналары сияқты заттарды бүкіл күні бойы тағу қажет адамдар үшін бұл сағаттар бойы проблема тудырмай отырулары үшін өте маңызды. Сонымен қатар, силиконның иілуі мен қозғалуы жаттығулар кезінде шайқалатын дене жағдайын бақылау құрылғылары үшін, сондай-ақ кеңістік шектеулі болғанымен ыңғайлылық маңызды болып табылатын виртуалды нақтылық (VR) бас құрылғыларының ішкі бөлшектері үшін идеалды болып табылады.

Ыңғайлылық пен Қадағалық Үшін Күйдірілген Силикон Қолданылатын Сенсорлар мен Тағылатын Құрылғылар

Дәлме-дәл формалық кремнийорганикалық құрылым арқасында биометриялық датчиктер тер, шаң жиналуы мен механикалық соққылардан сақталады. Әртүрлі клиникалық зерттеулерге сәйкес, медициналық құрылғыларды мұндай жұмсақ кремнийорганикалық шеттері бар адамдар қатты нұсқалармен салыстырғанда көптеген есе ыңғайлы сезінеді. Кейбір зерттеулер белгілі жағдайларда ыңғайлылық көрсеткіштерінің 70-75% жоғарылауын көрсетеді. Сонымен қатар тағы бір пайдасы бар. Кремнийорганикалық материалдың тербелістерді сіңіру қабілеті қозғалысты бақылау құрылғыларының жұмысын жақсартады. Атлеттер оларды интенсивті тренировкалар кезінде киіп жүргенде, қате пайда болу деңгейі кремнийорганикалық емес нұсқалармен салыстырғанда 30-35% төмендейді.

Жеңіл ұстауға арналған тақташа құрылымдар үшін жұқа қабырғалы формалаудағы жаңалықтар

Сұйық силикон каучукпен (LSR) жұмыс істеу тәсіліндегі соңғы жаңартулар денеде ауырлық сезілдірмейтін, бірақ 0,2 мм қалыңдықта болатын, жыртылуға төзімді қабаттар жасауға мүмкіндік берді. Бұл жаңалық киілетін құрылғылар үшін үлкен жетістік болып табылады. Осындай жұқа қабырғалар сағат иінтілерінің беріктігін сақтай отырып, нақты 44% жеңіл болуын қамтамасыз етеді — олар 8 МПа-дан астам кернеуде де сақталып қалады. Алайда, шынымен қызықтысы — өндірушілердің осы материалдармен қазір не істей алатыны. Олар жаттығу кезінде тердің шығуы үшін бетіне микроскопиялық тесіктер енгізіп, теріге тікелей тиіп тұратын кішкентай жүрек соғысы сенсорлары үшін арнайы жолдарды құрып жатыр. Нәтижесінде? Тәулік бойы киіп жүрген кезде де дұрыс жұмыс істейтін, стильді және заманауи көрінетін құрылғылар.

Жоғары сапалы силиконды электрондық өнімдерді құру мен өндіру стратегиялары

Жоғары өнімділікті электроникадағы силикон бөлшектерін жобалау ескертулері

Жақсы силикон өнімдерін жобалау, материалдар арқылы жылу қалай таралатынын және қандай электрлік қасиеттер қажет екенін түсінуден басталады. Инженерлер силиконды платалар сияқты қатты материалдарға бекіткенде, жылытқан кезде материалдардың ұлғаю дәрежесіндегі айырмашылықтарға назар аударулары керек. Осы ұлғаю коэффициенттерінің сәйкессіздігі силиконға герметиктелген және кейінірек қайталанатын қыздыру мен салқындату циклдерінен өтетін электрондық компоненттердің көбінің істен шығуына әкеледі. Жарты миллиметрден аспайтын өте жұқа қабырғалар үшін өндірудің алдында әртүрлі материал маркаларын сынау маңызды. Әйтпесе, бөлшектер қалыптан шыққан кезде жарылып кетуі мүмкін. Сондай-ақ, осындай жұқа конструкциялардың да қатаң IP67 су өткізбейтін стандартын қанағаттандыруы керек екенін ұмытпаңыз.

Силикон үшін инъекциялық, компрессиялық және құю арқылы капсулаттау әдістерін салыстыру

Жоғары дәлдіктегі силиконды өңдеудегі соңғы жаңалықтар инъекциялық құю арқылы 50 мкм-ден кем болатын дәлдікке жетуге мүмкіндік береді, бұрын бұл тек қана қосымша құюға тән болатын.

Күрделі силиконды геометриялар үшін құрылғылар мен процестік параметрлерді оптимизациялау

Сұйық силиконды каучукпен жұмыс істеген кезде циклдық уақытты 18-ден 22 пайызға дейін қысқарту үшін пішіндердің бетіне сәйкес келетін суыту жүйесімен жабдықталған көп орынды пішіндерді қолдануға болады. 2023 жылғы зерттеудің соңғы нәтижелері микрожүйелер каналдарының бөлшектерінде ағынның бұзылуын болдырмау үшін инъекциялау жылдамдығын секундына жарты метрден бір метрден асадай етіп ұстау керектігін көрсетеді. Shore A қаттылығының 40-тан 80-ге дейінгі мәніне ие болуы қажетті киінетін технологиялық компоненттер үшін соңғы күйге келтіру өте маңызды. Көптеген өндірушілер осы заттарды төрттен алты сағатқа дейін 150-ден 200 градус Цельсийге дейін қыздыру барлық бөлшектерде тұрақты қаттылық қасиеттерін алу үшін шешуші рөл атқаратынын байқаған.

LSR Өндірістегі Құны, Масштабтау және Дәлдікті Тепе-теңдікте Ұстау

Медициналық сапалы сенсорлар үшін овермолдинг шамамен 0,8% өлшемдік дәлдік береді, бірақ баға тақтасы туралы ашық айтып кетейік. Құрал-жабдықтардың құны қарапайым инъекциялық қалыптармен салыстырғанда 60-75 пайызға дейін өсуі мүмкін. Ақылды компаниялар нәрселерді араластыруды бастады. Олар негізгі қабаттар үшін компрессиялық қалыптауды қолданады да, нақты сызықтар қажет болған жерде ғана дәл жасалған инъекциялық құралдарды шығарады. Шынымен де мағынасы бар. Автомобильдерге арналған сенсорлар жасаған кезде бұл аралас тәсіл бөлшектердің жеке құнын шамамен 34% азайтады және сонымен қатар сорғыштық тестінің сәтсіздік деңгейін 0,03%-дан төмен ұстайды. Біз қазір не туралы сөйлеп отырғанымызды ескерсек, бұл мүлдем нашар емес.

Жиі қойылатын сұрақтар

Электрондық өнімдердің дизайнында силиконды неге қолданады?

Силикон кәдімгі материалдарға қарағанда жоғарырақ жылуға төзімділік, электр оқшаулау, беріктік, икемділік және формалану қабілетіне ие болғандықтан электрондық өнімдердің дизайнында кеңінен қолданылады. Ол экстремалды температураларға шыдайды және электрондық құрылғыларды сыртқы орта факторларынан қорғайды, сондықтан заманауи электроника үшін идеалды нұсқа болып табылады.

Силикон киілетін технологияларға қалай пайда әкеледі?

Киілетін технологияларда силикон биологиялық үйлесімділікке, теріге дос қасиеттерге және икемділікке ие болып, ұзақ уақыт пайдалану кезінде ыңғайлылықты қамтамасыз етеді. Ол тербелістерді жұтады, қозғалысты бақылау құрылғыларында қателердің пайда болу мүмкіндігін азайтады және денсаулық бақылау құрылғылары мен виртуалды нақтылық шлемдерінің жұмыс істеу сапасын жақсартады.

Электрондық қолданбаларда силиконның негізгі қолданылуы қандай?

Силикон жылуға және химикаттарға төзімділігі, икемділігі мен оптикалық түссіздігі себебінен тұтынушы электроникасында аппараттық жабдықтарды қаптау, герметизациялау және сақиналар жасау үшін, сонымен қатар LED және жарықтандыру қолданбаларында сұйық силикон каучогы (LSR) ретінде қолданылады.

Силикон бөлшектерін шығарудың негізгі технологиялары қандай?

Силикон бөлшектерін шығарудың негізгі технологияларына инъекциялық құю, қысу арқылы құю және қабаттап құю жатады. Әрбір технология әр түрлі циклдық уақыттар, дәлдік және құнын үнемдеу мүмкіндігін ұсынады және көп сериялы коннекторлардан бастап прототипті сенсор корпусына дейінгі әртүрлі қолданыстарға сәйкес келеді.