Materiales de resina para una mejor gestión térmica en dispositivos electrónicos

Los productos SunForce™ son perlas de espuma fabricadas con resinas de EPI modificadas XYRON™ que combinan las excelentes propiedades físicas de las resinas de EPI modificadas —incluida la resistencia al calor, la estabilidad dimensional y la baja absorción de agua— con la ligereza y las buenas propiedades excipientes (flexibilidad de forma) de las espumas en perlas.

Además, la combinación de resistencia al fuego y al calor permite que las espumas SunForce™ cumplan con el estricto estándar de inflamabilidad UL94 V-0 incluso en forma de material de espuma granulada.

Dado que los productos SunForce™ se fabrican mediante espumado en molde, también son ideales para la producción en masa.

Además, la estructura de burbujas independientes de las espumas SunForce™ convierte a estos materiales en excelentes aislantes térmicos.

A continuación, presentamos dos aplicaciones ilustrativas que aprovechan las propiedades únicas de las espumas SunForce™ para mejorar la gestión térmica en dispositivos electrónicos.

SunForce™ es ideal para la producción en masa de materiales aislantes térmicos de paredes delgadas y formas complejas, ya que está fabricado con pequeñas perlas y espumado en un molde, además de poseer una alta resistencia al calor y a la llama (certificación UL94 estándar V-0). Esto permite la producción en masa de materiales aislantes que se adaptan a las formas de piezas complejas.

Para aislar componentes complejos, los trabajadores suelen aplicar manualmente lana de vidrio o espuma de uretano. Sin embargo, el uso de SunForce™ no solo mejora la eficiencia de la gestión del calor gracias a su alto aislamiento térmico, sino que también contribuye a prevenir la condensación, reducir el número de piezas (ahorrando mano de obra y costes) y mejorar la productividad y la precisión del montaje (garantizando una calidad estable del producto) durante el ensamblaje.

Estas características permiten que SunForce™ se aplique en una amplia gama de campos que requieren alto rendimiento y alta seguridad, como componentes de refrigeración para automóviles, piezas de refrigeración para dispositivos de comunicación 5G/6G y acondicionadores de energía solar, componentes de refrigeración por agua para centros de datos y servidores de IA, separadores de aceite de motor y conductos de aire acondicionado.

Nuestro primer ejemplo utiliza protectores térmicos SunForce™ para lograr aislamiento térmico en una placa de circuito electrónico con componentes que emiten mucho calor (como los que se pueden encontrar en una unidad PCS en un generador de energía solar).

El excelente aislamiento térmico, la gran flexibilidad de forma, la resistencia a la llama y la resistencia al calor de las espumas SunForce™ las convierten en materiales ideales para escudos térmicos que aíslan las zonas emisoras de calor de las zonas no emisoras de calor de las placas de circuitos electrónicos.

Las siguientes figuras muestran la distribución de temperatura dentro de un dispositivo electrónico, calculada mediante un modelo de simulación de análisis térmico, antes y después de la adición de protectores térmicos SunForce™ para aislar los componentes que emiten mucho calor de los que no lo emiten. Estos resultados demuestran cómo las soluciones de gestión térmica SunForce™ pueden lograr reducciones significativas en las temperaturas internas del dispositivo.

Este ejemplo demuestra cómo los escudos térmicos fabricados con espumas SunForce™ pueden simplificar la miniaturización de dispositivos electrónicos al reducir la temperatura de funcionamiento, prevenir la degradación de los componentes y permitir una mayor flexibilidad en la disposición de los componentes.

Nuestro segundo ejemplo consiste en la instalación de conductos SunForce™ con aislamiento térmico en una placa de circuitos electrónicos con componentes que generan mucho calor. Esto complementa el ejemplo del escudo térmico mencionado anteriormente, al presentar una forma alternativa de aprovechar las propiedades únicas de las espumas SunForce™ para mejorar el rendimiento de la gestión térmica en dispositivos electrónicos.

Las diferencias en las temperaturas de funcionamiento de los componentes electrónicos dan lugar a corrientes de aire por convección en el interior de los dispositivos electrónicos. En algunos casos, diversos factores (como la disposición de los componentes o la distribución de la temperatura en el interior del dispositivo) pueden conspirar para obstruir el flujo de aire a través de determinadas regiones del dispositivo, lo que degrada el rendimiento de los mecanismos de refrigeración y provoca un aumento de la temperatura de los componentes.

El problema de la obstrucción del flujo de aire surge en el sistema específico considerado en este ejemplo: una unidad PCS de células solares equipada con un ventilador de refrigeración interno, representado esquemáticamente a la izquierda en la figura siguiente. Para mitigar este problema, mejoramos el diseño instalando conductos SunForce™ con aislamiento térmico alrededor de la unidad del ventilador, como se muestra a la derecha.

Los diagramas de flujo que se muestran a continuación ilustran el flujo de aire simulado a través del dispositivo electrónico antes y después de la instalación de los conductos SunForce™. Al comparar estas gráficas, observamos que los conductos crean nuevas vías para el flujo de aire a través del dispositivo, garantizando un flujo de aire uniforme y controlado en todas las etapas, desde la entrada hasta la salida. La mejora en la calidad del flujo de aire es particularmente significativa en las proximidades de los componentes que emiten calor.

Las distribuciones de temperatura simuladas se representan gráficamente a continuación: El flujo de aire controlado permitido por la presencia de los conductos produce reducciones significativas en las temperaturas de los componentes.

Este ejemplo demuestra cómo los conductos con aislamiento térmico fabricados con espumas SunForce™ pueden mejorar el control del flujo de aire en los dispositivos electrónicos, reduciendo así las temperaturas de los componentes, evitando su degradación y permitiendo una mayor flexibilidad en la disposición de los mismos.

La resina PPE modificada XYRON™ de Asahi Kasei es un término general para las aleaciones de polímeros que combinan éter de polifenileno (PPE) con otras resinas.

XYRON™ posee varias propiedades excelentes. Además de su alta resistencia al calor, también ofrece excelente resistencia a las llamas, estabilidad dimensional y resistencia al agua, así como baja gravedad específica. Además, al añadirle PPE y aprovechar las propiedades de otras resinas, se convierte en una aleación polimérica que busca un efecto sinérgico con las propiedades del PPE.

Proponemos XYRON™ G703Z (aleación PS/PPE, GF30%), una resina PPE modificada que no contiene halógenos ni TPP*, y que combina resistencia a la llama de paredes delgadas con alta resistencia, como material para motores de ventiladores de alta velocidad utilizados en la gestión térmica de servidores.
* TPP: Trifenilfosfato

La resina PPE tiene una densidad particularmente baja entre los plásticos de ingeniería, lo que contribuye a que el ventilador sea más ligero. Esto reduce la fuerza centrífuga generada en el ventilador durante la rotación a alta velocidad, suprimiendo la deformación. Como resultado, el ventilador puede girar a mayor velocidad, lo que permite un mayor volumen de aire y una mejor evacuación del calor.

XYRON™ G703Z (aleación PS/PPE, GF30%) posee una alta resistencia al calor y mantiene excelentes propiedades mecánicas incluso en entornos de alta temperatura, por lo que puede soportar los aumentos de temperatura ambiental propios de los servidores de alto rendimiento, que en ocasiones pueden alcanzar los 90 °C. Además, XYRON™ G703Z (aleación PS/PPE, GF30%) está libre de halógenos y TPP, tiene paredes delgadas y es ignífugo (UL94 V-0/0,75 mm), características que antes eran difíciles de lograr, lo que lo convierte en un material ideal para motores de ventiladores de alta velocidad en servidores.

Como se muestra en el diagrama a continuación, XYRON™ G703Z (aleación PS/PPE, GF30%) presenta una baja dependencia de la temperatura en su módulo elástico específico, lo que influye en la deformación del ventilador durante la rotación. Por lo tanto, incluso a altas temperaturas, el ventilador se deforma poco y se mantiene un flujo de aire estable.

Asahi Kasei ha fabricado un modelo de equipo para pruebas de durabilidad de motores de ventiladores y está realizando evaluaciones prácticas del desempeño de los materiales.

Escaneamos en 3D motores de ventilador disponibles comercialmente, creamos matrices de moldeo por inyección a partir de datos CAD, moldeamos modelos de resina y realizamos evaluaciones comparativas de materiales. Dado que la temperatura de estos modelos se puede controlar en un horno, podemos realizar pruebas de durabilidad a temperaturas y velocidades de rotación similares a las del entorno de uso real.

Los materiales de descarga proporcionan datos detallados sobre pruebas de durabilidad, así que échales un vistazo.