用于改善电子设备热管理的树脂材料
电气和电子元件

電子機器の熱対策・熱設計に貢献する樹脂材料

電子機器の熱対策・熱設計の重要性

電子機器の熱対策・熱設計は、その性能と寿命を左右する重要な要素です。近年、デバイスが次第に高機能・小型化する一方で、発熱量が増加し、効率的な冷却技術が求められています。

このため、情報通信用の基地局、太陽光発電用PCS(パワコン)、インバーター、モーターなど、幅広い分野/部品の熱対策・熱設計が大きな技術課題の一つとなっています。特に最近では、人工知能やIoTの普及により、高密度で動作するコンポーネントが多数稼働するようになってきているため、熱問題はますます深刻化しています。 

このように熱対策・熱設計は、電子機器の信頼性向上に直結する重要な技術分野です。 

旭化成は、高い断熱性、高い形状自由度、難燃性、耐熱性を有するエンプラ発泡材料「サンフォース®」を活用した電子機器の熱対策・熱設計をご提案します。

電子機器の熱対策・熱設計に貢献する
エンプラ発泡材料
阳光力量

SunForce™是什么?

SunForce™产品是由XYRON™改性 PPE 树脂制成的泡沫珠,结合了改性 PPE 树脂的优异物理性能(包括耐热性、尺寸稳定性和低吸水率)以及珠状泡沫的轻质和良好的赋形剂性能(形状灵活性)。

此外,阻燃性与耐热性的结合使得 SunForce™ 泡沫即使是珠状泡沫材料的形式也能满足严格的 UL94 V-0 可燃性标准。

由于SunForce™产品采用模内发泡技术生产,因此它们也非常适合大规模生产。

SunForce™是什么?

此外,SunForce™泡沫的独立气泡结构使这些材料成为优异的隔热材料。

 

材料 热导率 (W/m・K) 材料 热导率 (W/m・K) 材料 热导率 (W/m・K)
碳纳米管 5500 LCP(液晶聚合物) 0.56 阳光力量™(x5) 0.041
钻石 2000 FRP(纤维增强塑料) 0.26 纤维素纤维 0.040
370 PPS(聚苯硫醚) 0.26 岩棉 0.038
200 聚碳酸酯 0.19 太阳力™ (x7) 0.038
石墨 120 防抱死制动系统 0.19 玻璃棉32K 0.036
80 聚氯乙烯(PVC) 0.17 三聚氰胺泡沫 0.035
碳铜 41 胶合板 0.16 太阳力™ (x10) 0.034
氧化铝 32 刨花板 0.15 挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(3 型) 0.028
不锈钢 16 改良个人防护装备 0.15 硬质聚氨酯泡沫(1 型 #1) 0.024
碳纤维增强塑料 4.7 聚苯乙烯 0.15 空气 0.022
锆石 3.0 柏木 0.095 二氧化硅气凝胶 0.017
具体的 1.6 雪松木 0.087 二氧化碳 0.015
玻璃 1.0 软木 0.043 真空绝热材料 0.002
0.58
SunForce™的隔热性能(一系列材料的比较、室温参考值)

 

以下では、サンフォース®の特性を生かした電子機器向けの熱対策・熱設計を目的とした活用提案をご紹介します。

電子機器の熱対策・熱設計 
活用提案①:薄肉・複雑形状の断熱材

近年の電子機器の性能向上に伴い、熱対策・熱設計の効率の向上、信頼性の向上、安全性の向上などの要求が高まっています。

SunForce™材料具有高耐热性和阻燃性(经 UL94 V-0 标准认证),非常适合批量生产薄壁、复杂形状的绝缘材料。它采用小直径珠粒作为原料,通过模内发泡成型。这允许批量生产适合复杂形状组件的绝缘材料。

 

泡沫类型 SunForce™ 每股收益
(发泡聚苯乙烯)
弹性聚丙烯
(发泡聚丙烯)
聚氨酯泡沫板
成型方法 模内发泡 模内发泡 模内发泡 挤出发泡
成形性 +++ ++ ++ -
薄壁成型 ++ - - -

耐热性
(DTUL)

++ - - -
阻燃性 UL94 V-0 易燃 易燃 易燃
SunForce™与其他通用泡沫材料的比较

 

複雑な部品へ断熱材を適用する場合、一般的にはグラスウールやウレタン系発泡体を作業員が手貼りする場合が多いですが、サンフォース®を用いることで高い断熱性による熱対策・熱設計の向上に加えて、結露防止、部品点数の削減(工数・コスト削減)、組みつけ時の生産性の向上・組みつけ精度の向上(製品の品質安定)に貢献します。

发动机油分离器绝缘材料形状示例
发动机油分离器绝缘材料形状示例

这些特性使SunForce™可应用于汽车冷却部件、5G/6G通信设备和太阳能调节器的冷却部件、数据中心和AI服务器的水冷部件、发动机油分离器以及空调管道等需要高性能和高安全性的广泛领域。

電子機器の熱対策・熱設計 
活用提案②:サンフォース®を用いた遮熱材

我们的第一个例子是使用 SunForce™ 隔热罩来实现具有高发热元件的电路板的隔热(例如在太阳能发电机中的 PCS 单元中可能发现的)。

SunForce™泡沫具有优异的隔热性能、广泛的形状灵活性、阻燃性和耐热性,使其成为隔热罩的理想材料,用于隔离电子电路板的发热区域与非发热区域。

原始系统设计(左)和改进的系统设计(右)采用SunForce™隔热罩对非发热部件进行隔热。
原始系统设计(左)和改进的系统设计(右)采用SunForce™隔热罩对非发热部件进行隔热。

下图显示了使用热分析仿真模型计算出的电子设备内部的温度分布,在添加隔热层之前和之后太阳之力™隔热罩将高发热元件与非发热元件隔离。这些结果证明了SunForce™热管理解决方案如何显著降低设备内部温度。

添加SunForce™ (BE, 10×, t = 10 mm) 隔热罩之前和之后的热分析模拟结果
添加SunForce™ (BE, 10×, t = 10 mm) 隔热罩之前和之后的热分析模拟结果

这个例子说明了由SunForce™泡沫制成的隔热罩如何通过降低工作温度、防止组件退化以及提高组件布局的灵活性来简化电子设备的小型化。

電子機器の熱対策・熱設計 
活用提案③:サンフォース®による断熱ダクト

前記の遮熱材と同様に、サンフォース®の特徴を活かした電子部品板の熱対策のための使い方として、発熱量の大きい部品が搭載された電子基板に対する断熱ダクトへの活用事例をご紹介します。

电子元件的工作温度差异会导致电子设备内部产生对流气流。在某些情况下,各种因素(例如元件布局或设备内的温度分布)可能会共同阻碍空气流过特定设备区域,从而降低冷却机制的性能并导致元件温度升高。

电子设备内部气流受阻的区域
电子设备内部气流受阻的区域

本例中考虑的特定系统出现了气流受阻的问题:太阳能电池 PCS 单元配备内部冷却风扇,如下图左侧所示。为了缓解这个问题,我们改进了设计,在风扇单元周围安装了隔热SunForce™管道,如下图右侧所示。

原始系统设计示意图(左)和采用隔热SunForce™管道的改进设计示意图(右)
原始系统设计示意图(左)和采用隔热SunForce™管道的改进设计示意图(右)

下面的流线图显示了添加SunForce™管道之前和之后电子设备中模拟的气流。通过比较这些图,我们可以看到管道为空气流过设备创造了新的路径,确保从进气到排气的所有阶段的气流都得到平稳控制。在发热部件附近,气流质量的改善尤为显著。

添加 SunForce™ 管道之前(左)和之后(右)PCS 单元内的模拟气流
添加 SunForce™ 管道之前(左)和之后(右)PCS 单元内的模拟气流

模拟的温度分布如下图所示:通过管道控制气流可以显著降低组件温度。

添加 SunForce™ 管道之前(左)和之后(右)PCS 装置内的模拟温度分布
添加 SunForce™ 管道之前(左)和之后(右)PCS 装置内的模拟温度分布

这个例子展示了由SunForce™泡沫制成的隔热管道如何改善电子设备中的气流控制,从而降低组件温度,防止组件性能下降,并提高组件布局的灵活性。

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