Зашто силликон револуционише дизајн електронских производа

Растућа употреба силликонске гуме у електронским и електричним системима

Силикон заиста набира замах у савременом електронском свету, и према недавним студијама Понемон (2023), отприлике 7 од сваких 10 произвођача почело је да га укључује у своје производе како би боље управљало проблемима врућине. Зашто је овај материјал постао толико популаран? Па, кад су компаније видео колико добре резултате силикон показује на екстремним температурама, од -55 степени Celзијуса чак до 300 степени, без губитка облика или својстава, више нису могле да игноришу његов потенцијал. Ова карактеристика чини га посебно вредним за употребу у паметним часовникама, деловима унутрашњости електричних возила и малим сензорима које данас свуда налазимо. У поређењу са обичном пластиком или гумом, силикон много боље издржава штету од сунчеве светлости, нападе озоном и продирање воде. Због тога инжењери воле да га користе за израду заптивки око осетљивих кола и заштиту осетљивих чипова рачунара када је потребно поуздано функционисање чак и у тешким условима.

Кључни фактори који стају иза прелаза на компоненте засноване на силикону

Три фактора потискују доминацију силикона:

Ове карактеристике, у комбинацији са усклађености са стандардима RoHS и REACH, испуњавају двоструке захтеве трајности и одрживости. На пример, медицински носиви уређаји искоришћавају биокомпатибилност силикона да би одржали контакт са кожом више од 30 дана без иритације.

Tržišni trendovi pokazuju povećanu prilagodljivost i fleksibilnost dizajna silikonskih komponenti

Према подацима компаније MarketsandMarkets из 2024. године, светско тржиште силиконских електронских компоненти очекује раст од око 7,8% годишње до 2030. године. Овај раст углавном потиче од повећаног захтева за специјализованим формулацијама прилагођеним одређеним применама. Произвођачи данас више не продају само стандардне производе. Почели су са производњом електрично проводних силикана за заштиту од ЕМ интерференције у новим 5G уређајима, праве оптички прозирне верзије намењене за употребу као заптивке у AR и VR погледалицама, као и развој материјала отпорних на пламен који испуњавају строге захтеве стандарда UL 94 V-0, неопходне за кућишта батерија електричних возила. Према недавним извештајима из индустрије, посебно студији о трендовима материјала у електроници из 2024. године, може се уочити занимљива промена. Више од 40% произвођача оригиналне опреме тражи прилагођене нивое тврдоће по Шору и компоненте које прецизно одговарају бојама њихових марки. Тежња ка прилагођавању, чини се, је постала стална карактеристика целокупног сектора.

Osobine osnovnog materijala zbog kojih je silikon idealan za elektroniku

Toplotna i otpornost na spoljašnje uslove silikona u elektronici

Silikon održava pouzdan rad u ekstremnim temperaturama (-50°C do 350°C), nadmašujući plastike i gume u primenama poput automobilskih senzora i industrijskih kućišta. Otpornost na zapaljenje i sposobnost da izdrži dugotrajno UV zračenje, ozon i vlagu čini ga neophodnim za spoljašnju upotrebu i elektroniku sa visokim nivoom toplote.

Električna izolacija i dielektrična čvrstoća silikonskih materijala

Sa dielektričnom čvrstinom većom od 20 kV/mm, silikon deluje kao jak električni izolator, sprečavajući varničenje i kratke spojeve u sistemima distribucije struje i potrošačkim uređajima. Ova osobina, kombinovana sa otpornošću na koronski pražnjenje, obezbeđuje sigurnost u visokonaponskim aplikacijama kao što su kućišta baterija električnih vozila i industrijski konektori.

Izdržljivost, fleksibilnost i hemijska otpornost silikonske gume

Еластичност силикона — издужење до 600% — и отпорност према уљима, киселинама и растварачима омогућавају поуздано запечативање у динамичним условима.

Ове предности смањују трошкове одржавања опреме за хемијску обраду и носивих медицинских уређаја.

Обликовност и флексибилност дизајна силиконских еластомера

Течни силиконски каучук (LSR) продире у микроскопске шупљине, омогућавајући прецизно ливење делова дебљине чак 0,2 мм за хаптичке интерфејсе и микрозаптиве. Ова слобода дизајна омогућава компактне, лагане електронске производе без компромиса у трајности.

Примери примене: силикон у инкапсулацији, запечативању и осветљењу

Силиконска инкапсулација хардвера/компоненти у екстремним условима

Температурни опсег термичке стабилности силикона, од минус 60 степени Целзијуса све до 230 степени Целзијуса, заједно са његовом отпорношћу на хемикалије, чини га изузетно важним за заштиту ствари попут индустријских сензора, управљачких јединица у аутомобилима и електронских компоненти које се користе у авиона. Када говоримо о инкапсулацији силиконом, тада се ствара врста флексибилног штита који спречава продирање влаге, отпоран је на горива и ублажава вибрације. Компоненте заштићене на овај начин обично трају око 40 процената дуже у неповољним условима у поређењу са уобичајеним крутым пластикама. Узмимо као пример платформе за производњу енергије у отвореном мору. Слатка вода може временом бити изузетно уништавајућа, али силикон је отпорнији на корозију од већине других доступних алтернатива данас. Због тога многи инжењери одређују силиконске материјале за ове захтевне примене где је поузданост најважнија.

Заптиве и заптивне равни од силикона у потрошачкој електроници

Силликони су постали врло честа ствар код паметних телефона, носивих уређаја и домаћих апаратa јер добро прилине, а истовремено је довољно флексибилан да поднесе покрете. Неки недавни тестови о перформансама ових заптивки показују да силликонске заптивке могу одржати водонепропусност чак и након хиљада циклуса промене температуре између минус 40 степени Целзијуса и 150 степени Целзијуса. Права предност је у томе што уређаји трају дуже, јер се број проблема изазваних продирењем влаге смањује за отприлике половину. Произвођачи такође цење прозирне верзије које су данас доступне и које се без проблема уклапају у стаклене или поликарбонатне кућишта, не утичући на отпорност према штетном дејству сунчеве светлости током времена.

Употреба течног силликонског гуме (LSR) у LED и осветљењима

Оптичка прозирност и отпорност на топлоту LSR-а до око 200 степени Целзијуса чине га веома популарним за ствари као што су LED уличне светиљке и аутомобилски фарови у последње време. Када произвођачи одаберу методе инкапсулације са LSR-ом, добијају и веома импресивне резултате. Већина извештава да одржава око 92% ефикасности преноса светлости чак и након што су ти компоненти радили непрестано отприлике 10.000 сати. Још једна велика предност је то колико се лако LSR може ливити у комплексне облике. Ово омогућава прављење микролећа која заправо повећавају дистрибуцију светлости за приближно 35% у мањим уређајима. Такође, не постоји проблем пожућења током времена упркос сталном излагању УВ зрачењу, нешто што обични материјали просто не могу да поднесу.

Силikon у паметним и носивим технологијама: Комфор се спаја са перформансама

Spoj fleksibilnosti, biokompatibilnosti i izdržljivosti silikona učinio ga je nezamenjivim u pametnim i nosivim tehnologijama naredne generacije. Kako se uređaji razvijaju da se besprekorno uklope u stil života korisnika, osobine materijala silikona omogućavaju dizajne koji stave na prvo mesto i performanse i ergonomiju.

Pametni uređaji koji iskorišćavaju biokompatibilnost i fleksibilnost silikona

Носива здравствена технологија у великој мери зависи од силиконе медицинског квалитета јер не раздража кожу и добро функционише са нашим телима. Недавна истраживања из 2024. показала су да су уређаји направљени од силиконе изазвали око 60% мање црвенила у поређењу са онима направљеним од алтернативних пластика. За људе којима је потребно да целодневно носе ствари попут монитора нивоа шећера у крви или плочица за праћење срчаног ритма, ово има велики значај јер могу остати на телу сатима без последица. Поред тога, начин на који силикон пружа и покреће чини га идеалним за фитнес тракере који се тресу током вежбања, као и за делове унутар VR-качита где је удобност кључна, а простор ограничен.

Сензори и носиви уређаји који користе ливени силикон за удобност и трајност

Силиконски кућиште израђено прецизним ливењем чува деликатне биометријске сензоре од зноја, накупљања прашине и физичких удараца. Према разним клиничким тестовима, људи који носе медицинску опрему са оваквим меким силиконским ивицама осећају се знатно удобније у поређењу са коришћењем крутих алтернатива. Неке студије чак показују да се резултати удобности повећавају за око 70–75% у одређеним случајевима. Постоји и још једна предност. Тачије, силикон апсорбује вибрације, што заправо побољшава рад уређаја за праћење кретања. Када спортисти носе ове уређаје током интензивних тренинга, стопа грешака значајно опада, неких 30–35% мање у односу на опције без силикона.

Иновације у танкослојном ливењу за лагане дизајне носиве опреме

Nedavna poboljšanja u načinu rada sa tečnim silikonskim gumenim materijalom (LSR) omogućila su stvaranje slojeva tankih čak 0,2 mm, koji su ipak otporni na kidanje, što je odlična vest za proizvodnju nosivih uređaja koji ne izgledaju grubi na telu. Ovi tanji zidovi znače da narukvice za pametne satove mogu zapravo imati 44% manju težinu, bez gubitka čvrstoće – i dalje izdržavaju napon veći od 8 MPa. Ono što je zaista zanimljivo je šta proizvođači sada mogu postići sa ovim materijalima. Oni dodaju male rupe po celoj površini kako bi znoj mogao da isparava tokom vežbanja, a unutar njih grade posebne kanale gde senzori za merenje pulsa naležu na kožu. Rezultat? Uređaji koji izgledaju elegantno i moderno, ali istovremeno pravilno funkcionišu kada se nose tokom celog dana.

Strategije dizajna i proizvodnje za visokokvalitetne silikonske elektronske proizvode

Aspekti dizajna silikonskih delova za visokoefikasne elektronske uređaje

Добра конструкција производа од силикона заиста почиње разумевањем како се топлота креће кроз материјале и која електрична својства су потребна. Када инжењери причврсте силикон на чврсте материјале попут штампаних плоча, морају водити рачуна о разлици у топлотном ширењу материјала. Управо те неусаглашене стопе ширења узрокују већину кварова електронских компонената које су запечатене у силикону и затим подложне циклусима загревања и хлађења. За ове изузетно танке зидове дебљине испод пола милиметра, критично је тестирати различите класе материјала пре производње. У супротном постоји значајан ризик да се делови расцепају приликом вађења из форме. И не заборавите да и ови танки дизајни морају задовољити строге стандарде водонепропустности IP67.

Упоређење техника убризгавања, компресије и овермолдовања за силикон

Najnoviji napreci u visoko preciznoj obradi silikona omogućavaju da se u procesu prešovanja postignu tolerancije <50μm, koje su ranije bile isključiva domena overmolding tehnologije.

Optimizacija alata i parametara procesa za složene geometrije od silikona

Korišćenjem višekanalnih kalupa opremljenih konformalnim hlađenjem može se skratiti vreme ciklusa između 18 i 22 posto pri radu sa tečnim silikonskim gumenim materijalom. Najnovija istraživanja iz 2023. godine pokazuju da održavanje brzine ubrizgavanja između pola metra u sekundi i malo više od jednog metra u sekundi pomaže u izbegavanju neprijatnih problema sa protokom u delovima mikrofluidnih kanala. Kod komponenti za nosive tehnološke uređaje koji zahtevaju tvrdoću po Šoru A između 40 i 80, post-kaljenje postaje veoma važno. Većina proizvođača smatra da zagrevanje ovih delova na temperaturi od 150 do 200 stepeni Celzijusovih tokom otprilike četiri do šest sati pravi veliku razliku u postizanju stabilnih osobina tvrdoće na celoj površini.

Балансирање трошкова, скалабилности и прецизности у производњи ЛСР-а

Ливењем у калуп постиже се димензионална тачност од око 0,8% за ове сензоре медицинског квалитета, али будимо искрени према цени. Трошкови алата су већи за 60 до 75 процената у односу на обичне калупе за ливање. Паметне компаније су почеле да мењају приступ. Користе компресионo ливање за основне слојеве, а затим користе напредне алате за прецизно ливање само тамо где су критични заптиви потребни. Заиста има смисла. Овај комбиновани приступ смањује трошкове по делу за отприлике 34% при производњи сензора за аутомобиле, истовремено задржавајући стопу неуспеха теста цурења испод 0,03%. Нема лоше, узевши у обзир о чему овде причамо.

Често постављана питања

Шта чини силикон толико популарним у дизајну електронских производа?

Силликон је популаран у дизајну електронских производа због своје изузетне отпорности на топлоту, електричне изолације, издржљивости, флексибилности и могућности обликовања у поређењу са традиционалним материјалима као што су PVC и гума. Издржава екстремне температуре и пружа заштиту од спољашњих фактора, због чега је идеалан за модерну електронику.

Како силликон користи носивим технологијама?

Код носивих технологија, силликон нуди биокомпатибилност, особине пријатељске према кожи и флексибилност, осигуравајући удобност током дужег ношења. Апсорбује вибрације, смањујући стопу грешака код уређаја за праћење кретања и побољшава перформансе фитнес тракера и VR-качита.

Које су главне примене силликона у електронским апликацијама?

Силликон се користи за инкапсулацију хардвера, заптивање и уплете у потрошачкој електроници, као и за течни силликонски гуму (LSR) у LED и осветљењима због отпорности на топлоту и хемикалије, флексибилности и оптичке прозирности.

Koje su ključne tehnike proizvodnje za silikonske komponente?

Ključne tehnike proizvodnje za silikonske komponente uključuju ubrizgavanje, prešovanje i kombinovano prešovanje. Svaka od ovih tehnika nudi različita vremena ciklusa, preciznost i ekonomičnost, što je pogodno za različite primene, od konektora velike serije do kućišta senzora u prototipu.