Hvorfor silikon omgjør design av elektroniske produkter

Økende bruk av silikongummi i elektroniske og elektriske systemer

Silikon tar virkelig av i dagens elektroniske verden, og ifølge nylige studier fra Ponemon (2023) har omtrent 7 av 10 produsenter begynt å integrere det i sine produkter for å håndtere varmeproblemer. Hva gjorde at dette materialet ble så populært? Vel, da selskaper så hvor godt silikon tåler ekstreme temperaturer – fra minus 55 grader celsius helt opp til 300 grader uten å miste sin form eller egenskaper – kunne de ikke lenger overse dets potensial. Denne egenskapen gjør det spesielt verdifullt for produkter som smartklokker, deler inne i elbiler og de små sensorene vi finner overalt i disse dager. Sammenlignet med vanlige plast- eller gummi-materialer tåler silikon mye bedre skader fra sollys, angrep fra ozon og vanninntrengning. Derfor liker ingeniører å bruke det til å lage tetninger rundt følsomme kretser og beskytte sensitive datamikrobrikker når de må fungere pålitelig selv under harde forhold.

Hovedårsaker bak skiftet mot silikontekomponenter

Tre faktorer som driver silikons dominans:

Disse egenskapene, kombinert med overholdelse av RoHS- og REACH-standarder, imøtekommer kravene til både holdbarhet og bærekraftighet. For eksempel utnytter medisinske bærbare enheter silikons biokompatibilitet for å opprettholde hudkontakt i 30+ dager uten irritasjon.

Markedstrender som viser økt tilpasning og designfleksibilitet for silikondeler

Ifølge data fra MarketsandMarkets fra 2024 ser det ut til at det globale silikonelektronikkmarkedet vil vokse med omtrent 7,8 % i sammensatt årlig vekst frem til 2030. Denne veksten drives hovedsakelig av økende etterspørsel etter spesialiserte formuleringer som passer til bestemte anvendelser. Dagens produsenter selger ikke lenger bare standardprodukter. De har begynt å produsere elektrisk ledende silikoner for EM-skjerming i de nye 5G-enheter, lage optisk klare varianter til bruk i tetninger for AR- og VR-hodetelefoner, og utvikler flammehemmende materialer som oppfyller strenge UL 94 V-0-standarder som kreves for batterikapslinger i elbiler. Ifølge nylige bransjerapporter, særlig Electronics Material Trends Study fra 2024, skjer det noe interessant. Over 40 % flere originalutstyrsprodusenter etterspør nå egendefinerte Shore-hardhetsnivåer og komponenter som nøyaktig samsvarer med deres merkefarge. Trenden mot tilpasning ser ut til å være her for å bli i hele sektoren.

Egenskaper til kjerneområdet som gjør silikon ideell for elektronikk

Termisk og miljømessig motstandsdyktighet til silikon i elektronikk

Silikon opprettholder pålitelig ytelse over ekstreme temperaturer (-50 °C til 350 °C) og yter bedre enn plast og gummi i applikasjoner som autosensoer og industrielle kabinetter. Dets flammehemming og evne til å tåle langvarig UV-eksponering, ozon og fuktighet gjør det uunnværlig for utendørs og høytemperatur-elektronikk.

Elektrisk isolasjon og dielektrisk styrke i silikonmaterialer

Med en dielektrisk styrke på over 20 kV/mm virker silikon som en robust elektrisk isolator og forhindrer gnistdannelse og kortslutninger i strømforsyningssystemer og konsumentprodukter. Denne egenskapen, kombinert med motstand mot koronautladning, sikrer trygghet i høyspenningsapplikasjoner som EV-batterihus og industrielle kontakter.

Holdbarhet, fleksibilitet og kjemisk motstandsdyktighet i silikongummi

Silikons elastisitet—opptil 600 % forlengelse—and motstand mot oljer, syrer og løsemidler gjør det mulig med gjentatt tetting i dynamiske miljøer.

Disse fordelene reduserer vedlikeholdskostnader i kjemisk prosessutstyr og bærbare medisinske enheter.

Formbarhet og designfleksibilitet for silikongummier

Flytende silikongummi (LSR) flyter inn i mikroskopiske hulrom, noe som muliggjør presisjonsstøping av detaljer så tynne som 0,2 mm for taktil grensesnitt og mikrotetting. Denne designfriheten støtter kompakte, lette elektroniske produkter uten at holdbarheten kompromitteres.

Reelle anvendelser: Silikon i kapsling, tetting og belysning

Silikonkapsling av maskinvare/komponenter i ekstreme miljøer

Den termiske stabilitetsområdet til silikon fra minus 60 grader celsius opp til 230 grader celsius, samt dets evne til å motstå kjemikalier, gjør det svært viktig for beskyttelse av blant annet industrielle sensorer, kontrollenheter i biler og elektroniske komponenter brukt i fly. Når vi snakker om silikoninnkapsling, skapes det en slags fleksibel skjerm som holder ut fuktighet, motstår drivstoff og demper vibrasjoner. Komponenter beskyttet på denne måten har typisk en levetid omtrent 40 prosent lengre under harde forhold sammenlignet med vanlige stive plastmaterialer. Ta for eksempel offshore-energiplatformer. Saltholdig vann kan være ekstremt ødeleggende over tid, men silikon tåler denne korrosjonen bedre enn de fleste alternativer tilgjengelig i dag. Derfor spesifiserer mange ingeniører silikontekniske materialer for slike krevende anvendelser der pålitelighet er viktigst.

Tetting og pakning med silikon i konsumentelektronikk

Silikonforskaling har blitt ganske mye standard i smarttelefoner, bærbare enheter og hjemmeapparater fordi de holder godt samtidig som de er fleksible nok til å håndtere bevegelser. Noen nylige tester av hvordan disse tetningene presterer, indikerer at silikontetninger kan holde ting lufttette selv etter å ha gjennomgått tusenvis av temperaturforandringer mellom minus 40 grader celsius og 150 grader celsius. Den virkelige fordelen er at enheter varer lenger, siden det er omtrent halvparten så mange problemer forårsaket av fuktighet som kommer innendørs. Produsenter setter også pris på de gjennomsiktige variantene som finnes i dag, som passer perfekt inn i glass- eller polycarbonatbeholder uten å påvirke hvor resistente de er mot solskade over tid.

Bruk av flytende silikongummi (LSR) i LED- og belysningsapplikasjoner

Den optiske klarheten pluss varmebestandigheten til LSR opp til rundt 200 grader celsius gjør det svært populært for produkter som LED-gatelys og billykter disse dagene. Når produsenter velger LSR-omslutningsmetoder, ser de også imponerende resultater. De fleste rapporterer om opprettholdelse av omtrent 92 % lysoverføringseffektivitet, selv etter at komponentene har vært i kontinuerlig drift i ca. 10 000 timer. Et annet stort fordeler er hvor enkelt LSR lar seg formes til komplekse geometrier. Dette muliggjør opprettelsen av mikro-linsearrayer som faktisk øker lysfordelingen med omtrent 35 % i mindre armaturer. I tillegg oppstår det ingen gulning over tid, selv ved konstant eksponering for UV-stråler – noe vanlige materialer rett og slett ikke tåler.

Silikon i smarte og bærbare teknologier: Komfort møter ytelse

Silikons kombinasjon av fleksibilitet, biokompatibilitet og holdbarhet har gjort det uunnværlig i smarte og bærbare teknologier av nyeste generasjon. Ettersom enheter utvikler seg for å integreres sømløst i brukernes livsstil, muliggjør silikons materielle egenskaper design som prioriterer både ytelse og ergonomi.

Smarte enheter som utnytter silikons biokompatibilitet og fleksibilitet

Bærbar helse­teknologi er sterkt avhengig av medisinsk silikon fordi det ikke irriterer huden og fungerer godt med kroppen vår. Nyere forskning fra 2024 viste at enheter laget av silikon førte til omtrent 60 % mindre rødhet sammenliknet med plastbaserte alternativer. For personer som må bære blodsukkermålere eller hjertefrekvensplaster hele dagen, er dette svært viktig, siden de kan holdes på i flere timer uten å forårsake problemer. I tillegg gjør silikons evne til å bøye og bevege seg at det er ideelt for fitness­trackere som utsattes for rystelser under treningsøkter, samt for deler inne i VR­briller der komfort er viktig, men plassen er begrenset.

Sensorer og bærbare enheter som bruker formgitt silikon for komfort og holdbarhet

Silikonhus som er laget gjennom presisjonsstøping holder de skjøre biometriske sensorene trygt borte fra svette, støvopphoping og fysiske støt. Ifølge ulike kliniske tester opplever personer som bærer medisinske enheter med disse myke silikomkantene mye mer komfort sammenlignet med bruk av stive alternativer. Noen studier viser til og med at komfortnivået øker med omtrent 70–75 % i visse tilfeller. Og det er enda en fordel. Den måten silikon absorberer vibrasjoner fører faktisk til at bevegelsessporingsenheter fungerer bedre. Når idrettsutøvere bruker dem under intensive treningsøkter, reduseres feilraten betydelig – omtrent 30–35 % lavere sammenlignet med alternativer uten silikon.

Innovasjoner innen tynnveggsstøping for lette bærbare design

Nylige forbedringer i hvordan vi arbeider med flytende silikongummi (LSR) har gjort det mulig å lage lag så tynne som 0,2 mm, men som fortsatt er slitesterke – noe som er godt nytt for bærbare produkter som ikke skal føles klossete på kroppen. Disse tynnere veggene betyr at urstrapper faktisk kan veie 44 % mindre uten å ofre styrke – de tåler fortsatt over 8 MPa strekkspenning. Det mest interessante er imidlertid hva produsenter nå kan gjøre med disse materialene. De legger til mikroskopiske hull over hele overflaten, slik at svette kan slippe ut under treningsøkter, og bygger spesielle kanaler innvendig der hjertefrekvenssensorer ligger mot huden. Resultatet? Enheter som ser elegante og moderne ut, men som samtidig fungerer optimalt når de brukes hele dagen.

Design- og produksjonsstrategier for silikonprodukter av høy kvalitet

Designoverveielser for silikondeler i elektronikk med høy ytelse

God silikondesign starter med å forstå hvordan varme beveger seg gjennom materialer og hvilke elektriske egenskaper som er nødvendige. Når ingeniører fester silikon til stive materialer som kretskort, må de være oppmerksomme på forskjeller i termisk utvidelse ved oppvarming. Disse ulike utvidelsesratene forårsaker faktisk de fleste feil i elektroniske komponenter som er inncastet i silikon og som deretter gjennomgår gjentatte varme- og avkjølings-sykluser. For veggtykkelser under en halv millimeter er det avgjørende å teste ulike materialkvaliteter før produksjon. Ellers er det stor risiko for at delene revner eller sprekker når de tas ut av formen. Og ikke glem at selv disse tynne designene fremdeles må oppfylle strenge IP67-vannskjermet standarder.

Sammenligning av injeksjonsstøping, kompresjonsstøping og overmoldingsteknikker for silikon

Nylige fremskritt innen høypresisjons-silikonbearbeiding gjør at injeksjonsstøping kan oppnå toleranser på <50 μm, noe som tidligere var eksklusivt for overmolding.

Optimalisering av verktøy og prosessparametere for komplekse silikongeometrier

Ved bruk av flerspolte former utstyrt med konformal kjøling kan syklustidene reduseres med 18 til 22 prosent når det jobbes med flytende silikonkautsjuk. Nyere funn fra en undersøkelse i 2023 indikerer at ved å holde injeksjonshastigheter mellom et halvt meter per sekund og litt over ett meter per sekund, unngår man irriterende strømningsproblemer i mikrofluidkanaldeler. For bærbare teknologikomponenter som krever hardhet på Shore A mellom 40 og 80, blir etterherding svært viktig. De fleste produsenter finner at oppvarming av disse komponentene mellom 150 og 200 grader celsius i ca. fire til seks timer gir stor forskjell for å oppnå stabile hardhetsegenskaper jevnt over hele produktet.

Balansere kostnad, skalerbarhet og presisjon i LSR-produksjon

Overforming gir omtrent 0,8 % dimensjonal nøyaktighet for disse sensorene i medisinsk kvalitet, men la oss være ærlige om prislappen. Verktøykostnadene øker med 60 til 75 prosent sammenlignet med vanlige injeksjonsverktøy. Smarte selskaper har begynt å blande strategier. De bruker kompresjonsstøping for basislagene og setter deretter inn de tunge verktøyene med presisjonsbearbeidede injeksjonsverktøy akkurat der de kritiske tetningene må sitte. Det gir mening egentlig. Denne kombinerte metoden reduserer delkostnadene med omtrent 34 % ved produksjon av sensorer til biler, samtidig som lekkasjetestfeil holdes under 0,03 %. Ikke verst når man ser på hva vi snakker om her.

Ofte stilte spørsmål

Hva gjør silikon så populært i elektronisk produktdesign?

Silikon er populært i elektronisk produktdesign på grunn av sin overlegne varmebestandighet, elektrisk isolasjon, holdbarhet, fleksibilitet og formbarhet sammenlignet med tradisjonelle materialer som PVC og gummi. Det tåler ekstreme temperaturer og gir beskyttelse mot miljøpåvirkninger, noe som gjør det ideelt for moderne elektronikk.

Hvordan har silikon nytteverdi for bærbar teknologi?

I bærbar teknologi tilbyr silikon biokompatibilitet, hudvennlige egenskaper og fleksibilitet, noe som sikrer komfort under langvarig bruk. Det absorberer vibrasjoner, reduserer feilrater i bevegelsessporingsenheter og forbedrer ytelsen til fitness-tracker og VR-hodetelefoner.

Hva er de viktigste bruksområdene for silikon i elektroniske applikasjoner?

Silikon brukes til å kapsle inn hardware, til tetting og pakninger i konsumentelektronikk, og som flytende silikongummi (LSR) i LED- og belysningsapplikasjoner på grunn av sin varme- og kjemikalieresistens, fleksibilitet og optiske klarhet.

Hva er de viktigste produksjonsteknikkene for silikontekomponenter?

De viktigste produksjonsteknikkene for silikontekomponenter inkluderer injeksjonsstøping, kompresjonsstøping og overmolding. Hver teknikk tilbyr ulike syklustider, presisjon og kostnadseffektivitet, egnet for ulike anvendelser fra høyvolumstilvirkede kontakter til prototyperte sensorhus.