Silikongele

100% sicher vergossene Module auch nach 2000 Stunden bei 210 °C

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Tieftemperaturflexible Silikone

Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) werden beispielsweise in Traktionsanwendungen oder in elektrischen Antrieben zum Schalten hoher Ströme eingesetzt. Solche Komponenten müssen auch in kalten Regionen wie Kanada oder Sibirien, in denen die Temperaturen auf -60 °C fallen können, zuverlässig funktionieren.

Um die Zuverlässigkeitsanforderungen an die Leistungselektronik auch beim Kaltstart oder bei raschen Lastwechseln zu gewährleisten, müssen die spannungsdämpfenden Eigenschaften des Silikons auch unter solchen Bedingungen vollständig erhalten bleiben.

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Dieser Autorenbeitrag ist in der Printausgabe ELEKTRONIKPRAXIS Sonderheft Leistungselektronik, Stromversorgungen und Energieeffizienz II erschienen. Diese ist auch als kostenloses ePaper oder als pdf abrufbar.

Standard-Silikone aus der SEMICOSIL- und SilGel-Reihe können bis -50 °C eingesetzt werden. Bei Temperaturen unter -50 °C steigt der Elastizitätsmodul allerdings deutlich an. In solchen Fällen kommt es zu einer partiellen Kristallisation der Polydimethylsiloxan-Ketten, welche das chemische Rückgrat des Silikons bilden.

Dieser Effekt ist reversibel. Bei steigenden Temperaturen lösen sich die Kristalle auf und das Silikon erhält wieder seine ursprünglichen Eigenschaften.

Die Silikon-Industrie hat jedoch auch für extrem niedrige Temperaturen Lösungen entwickelt. Mit SEMICOSIL 920 LT und SEMICOSIL 900 LT bietet WACKER beispielsweise spezielle Tieftemperatur-Vergussmassen an, die ihr Elastizitätsmodul auch noch bis -110 °C beibehalten.

-110 °C ist die Glasübergangstemperatur von Polydimethylsiloxan. Diese Temperatur bildet somit eine physikalische Grenze. Bei noch tieferen Temperaturen verlieren Silikone endgültig ihre Elastizität.

Die Betriebstemperaturen steigen weiter stetig an

Während es sich bei der Tieftemperaturstabilität eher um Spezialfälle handelt, sieht sich die Leistungselektronik und damit auch das Vergussmaterial zunehmend mit Herausforderungen konfrontiert, die das Management von steigenden Betriebstemperaturen betreffen.

Dafür gibt es viele Gründe. Einer ist beispielsweise die fortschreitende Miniaturisierung und die immer höhere Leistungsdichte von Bauteilen. Sie führt dazu, dass die elektrischen Verlustleistungen der Komponenten auf immer kleineren Flächen abgeführt werden müssen.

In vielen Fällen werden an der Grenzfläche oder im Bereich der einzusetzenden Vergussmassen Spitzen- und Durchschnittstemperaturen von bis zu 175 °C und mehr erreicht. Andererseits müssen in Hybrid- und Elektrofahrzeugen, in Windturbinen und Traktionsmotoren immer größere elektrische Ströme und Spannungen gesteuert werden.

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