Lamineeritud siinide isolatsioonimaterjalid – painduva ja jäiga isolatsiooni ning nende parameetrite lühikirjeldus

Lamineeritud siinid on elektriühenduse komponent, mis koosneb mitmest juhtide ja isoleermaterjalide kihist. Seda kasutatakse laialdaselt suure-võimsusega- ja kompaktsetes võimsusega elektroonikasüsteemides, nagu lamineeritud madala induktiivsusega siinid ja vasest lamineeritud siinid. Selle disaini põhieesmärk on parandada süsteemi üldist tõhusust ja töökindlust, optimeerides elektrivälja jaotust ja parasiit-induktiivsust kolmemõõtmelise struktuuri kaudu, täites samal ajal kõrgepinge ja suure voolu ülekande nõudeid. Tüüpilised rakendused hõlmavad lamineeritud siinid suure võimsusega-muundurites ja lamineeritud siinid alalisvoolu jaotussüsteemides.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Struktuurselt kasutavad lamineeritud siinid tavaliselt juhtivate põhiüksuste moodustamiseks painduvaid isoleermaterjale, mis on lamineeritud juhtidega. Seda konstruktsiooni tuntakse ka osaliselt lamineeritud siinivardana või mitmekihilise komposiitstruktuuri ühenduslatina. Kuumpressimisprotsessi ajal seotakse painduv isoleermaterjal liimikihtide kaudu tihedalt juhi külge, moodustades juhi servadele tõhusa tihendi, säilitades seega stabiilse isolatsioonivõime isegi keerukates keskkondades. Levinud painduvate isolatsioonimaterjalide hulka kuuluvad polüester (PET) ja polüimiid (PI), kusjuures PET on oma laiaulatuslike jõudluseeeliste tõttu kõige laialdasemalt kasutatav kolmekihilistes lamineeritud siinides ja standardiseeritud siinitoodetes.

 

Polüestermaterjalidel on mõõdukas temperatuuritaluvus (tavaliselt 105 kraadi), säilitades stabiilsed mehaanilised ja elektrilised omadused pikaajalistes -soojustsükli tingimustes. Selle pikenemine võib ületada 100%, muutes selle vähem rebenemiseks või paksuse vähenemiseks painutamise ja servade sidumise ajal. Lisaks on PET-il kõrge suhteline jälgimisindeks (CTI), mis vähendab tõhusalt roomamisriski, mis on eriti oluline kõrge{5}}pingerakenduste, nagu kõrgepinge plahvatuskindlate{6}}inverteri siinide puhul. Kuigi PET vastab leegiaeglustaja reitingutele (nt V0), on PET saadaval ka erineva paksusega (nt 50 μm kuni 350 μm), et kohanduda erinevate pingetasemete ja konstruktsiooninõuetega, pakkudes seega suurt mitmekülgsust sellistes rakendustes nagu lamineeritud siinid kolmele{15}}tasemeinverterile ja kohandatud lamineeritud siinid IGBT-de jaoks.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Seevastu polüimiidmaterjalid (PI) on suure -jõudlusega isolatsioonimaterjalid, millel on kõrgem temperatuuritaluvus (RTI ületab tavaliselt 200 kraadi), mistõttu need sobivad kasutamiseks kõrgel -temperatuuril keevitamisel või suure lokaalse soojuskoormusega, näiteks kondensaatorite või elektriautode lamineeritud siinide elektroonikakomponentide keevitamiseks mõeldud konstruktsioonid. PI-materjalidel on suurem mehaaniline jäikus ja nad on vähem altid lõdvenema pikaajalises-pinges, mis aitab säilitada suletud struktuuri stabiilsust. Kuid nende CTI jõudlus on suhteliselt madal, nõudes tavaliselt suuremat roomamiskaugust, muutes need sobivamaks kesk- ja madala-pingega keskkondades, näiteks mõnede alalisvoolu-linkkondensaatoritega lamineeritud siinide või alalisvoolu tugikondensaatoritega lamineeritud siiniribade rakendused.

 

Täielikus lamineeritud siinisüsteemis kasutatakse painduvat isolatsiooni peamiselt elektriisolatsiooniks ja juhtmekihtide vaheliseks tihendamiseks, samas kui jäikaid isolatsioonimaterjale kasutatakse konstruktsiooni toetamiseks ja siinisõlmede vaheliseks elektriisolatsiooniks. Jäiga isolatsiooni paksus on tavaliselt otseselt seotud süsteemi pingetasemega; Üldine projekteerimispõhimõte on ligikaudu 1 mm jäika isolatsioonimaterjali kilovoldi kohta. Kõrgepingesüsteemides, nagu lamineeritud siinid suure-võimsusega tagasi-tagasi-muundurite jaoks või raudtee- ja metroosüsteemide invertersiinid, on osalise tühjenemise kontrolli ja pikaajalise töökindluse{9}}nõuete täitmiseks tavaliselt vaja jäikaid isolatsioonikihte paksusega 1 mm kuni 6 mm.

 

Peamiste toimivusparameetrite osas on suhteline temperatuuriindeks (RTI) ja suhteline jälgimisindeks (CTI) olulised näitajad isolatsioonimaterjalide hindamisel. RTI mõõdab materjali võimet säilitada jõudlust pikaajalistes termilise vananemise tingimustes; selle eluea hindamine põhineb tavaliselt kiirendatud vananemistestidel, mis kestavad üle 20 000 tunni, ning järgib eksponentsiaalset seost temperatuuri ja eluea vahel. CTI peegeldab materjali vastupidavust jälgimisele saastunud keskkondades ja on ülioluline kõrgepingesüsteemide roomamiskauguse kujundamisel. Lisaks mõjutab materjali pikenemine otseselt selle kohanemisvõimet töötlemise ajal ja on üks peamisi parameetreid tihendusvõime ja mehaanilise töökindluse hindamisel.

 

Lamineeritud siinide isolatsioonimaterjalide jõudlusnõuded on erinevates kasutusvaldkondades märkimisväärselt erinevad. Tööstuslikes kõrge{1}pingerakendustes, nagu kõrgepinge plahvatuskindlad{2}}inverteri siinid või suuremahulised-võimsuse muundamise süsteemid, on tööpinged tavaliselt vahemikus 1000 V kuni 6000 V. Need rakendused nõuavad erakordselt kõrgeid nõudeid osalise tühjenemise juhtimise, elektriisolatsiooni jõudluse ja pika-eluea osas. Seetõttu on vajalik paindlike ja jäikade isolatsioonikonstruktsioonide kombinatsioon, kusjuures eelistatud valik on kõrge CTI materjalid. Uute energiasõidukite sektoris, nagu kõrge soojusjuhtivusega metalliseeritud kilekondensaatori siinid elektrisõidukite juhtimissüsteemide jaoks, on süsteemi pinge tavaliselt alla 800 V. Isolatsiooni jõudlusnõuded on suhteliselt madalamad, suuremat rõhku pannakse kergele konstruktsioonile, kuumakindlusele ja montaažiprotsessi ühilduvusele. Seetõttu pakuvad PI-materjalid konkreetsetes keeviskonstruktsioonides teatud eeliseid.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lisaks võib mõnes mitte-lamineeritud konstruktsioonis või ühe-juhiga rakendustes kasutada ka pulbervärviga isolatsiooni, st pulbervärvitud-lamineeritud siinid dielektrilise kattega, mille paksus on vahemikus 0,2–3,00 mm. See protsess sobib keeruka kujuga juhtmete isoleerimiseks, hea pinnakatte ja tihenduse saavutamiseks. Kuid kuna isolatsiooni konsistentsi kontrollimine juhtide servades ja teravates nurkades on keeruline, ei kasutata seda üldiselt ülitäpsetes-lamineeritud siinisüsteemides, näiteks nõudlikes rakendustes, nagu kohandatud vasest inverteri lamineeritud siini elektripaigaldise jaoks.

 

Üldiselt sõltub lamineeritud siinide, nagu tüüpiliste lamineeritud siini passiivsete elektroonikakomponentide jõudlus suurel määral isolatsioonimaterjalide valikust ja konstruktsiooni konstruktsioonist. Painduvate ja jäikade isolatsioonimaterjalide sobiva sobitamise ning konkreetsete kasutusstsenaariumide (ntLamineeritud siinid keerukate siinipaigaldiste jaoks), on võimalik saavutada suurem võimsustihedus ja süsteemiintegratsioon, tagades samal ajal elektriohutuse.