¿Cómo seleccionar el aceite de silicona adecuado para recubrimiento y lubricación electrónicos?

La rigidez dieléctrica de un material indica la intensidad del campo eléctrico que puede soportar antes de perder sus propiedades aislantes y volverse eléctricamente conductor. Se trata de un atributo importante en placas de circuito impreso sometidas a tensión, instrumentos de precisión y componentes electrónicos de potencia, ya que reduce el riesgo de fallo del sistema debido a arcos eléctricos, cortocircuitos y averías del sistema. Por lo tanto, al trabajar con equipos clasificados para tensiones superiores a 1 kilovoltio, la capacidad del aislamiento para resistir el paso de corriente a través de su superficie adquiere una importancia extrema desde el punto de vista de la seguridad. La resistividad volumétrica también mide la eficacia con la que un aislamiento resiste el paso de corriente. En un sistema, cuanto mayor sea el aislamiento, menor será la corriente de fuga y mejor equilibradas estarán las celdas. En los equipos de detección de precisión, el aceite de silicona contribuye a proporcionar el aislamiento adecuado para garantizar la precisión de la salida ajustable, además de prolongar la vida útil del equipo gracias a sus propiedades dieléctricas superiores a la media. En el informe de 2023 publicado por ElectroInsight se afirma que los materiales cuya rigidez dieléctrica es inferior a 15 kV/mm presentan un 34 % más de fallos en transformadores y equipos de conmutación. Dichos materiales deben evitarse en los sistemas de gestión de baterías para vehículos eléctricos. El aceite para masajes constituye otro ejemplo.

Sigue funcionando correctamente bajo ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento, y también sigue funcionando en condiciones climáticas que normalmente acelerarían su deterioro y pondrían en peligro el funcionamiento de la red eléctrica.

Tensión de ruptura: aceite de silicona modificado con metilo frente a aceite de silicona modificado con fenilo

El aceite de silicona modificado con metilo tiene una tensión de ruptura de 15 a 18 kV/mm y un índice de estabilidad térmica de 0,85, mientras que el aceite de silicona modificado con fenilo presenta una tensión de ruptura de 22 a 28 kV/mm y un índice de estabilidad térmica de 1,12. Las pruebas normalizadas realizadas con estos materiales han demostrado que el aceite de silicona modificado con fenilo posee una tensión de ruptura y un índice de estabilidad térmica superiores a los del aceite de silicona modificado con metilo. Esta diferencia puede explicarse por los grupos fenilo: al tratarse de una estructura aromática, los grupos fenilo permiten que las moléculas se mantengan y empaqueten más estrechamente. Este proceso hace que los materiales sean menos susceptibles a la ionización cuando se someten a un campo eléctrico extremo. Estos aceites modificados con fenilo conservan aproximadamente el 92 % de sus propiedades dieléctricas en un rango de temperatura de 0 a 200 °C. Esto contrasta con los aceites modificados con metilo convencionales, que solo conservan aproximadamente el 78 % de sus propiedades dieléctricas. Por este motivo, los ingenieros suelen elegir los aceites modificados con fenilo para transformadores con aislamiento eléctrico y sistemas eléctricos de aeronaves. Mientras que los aceites modificados con metilo conservan aproximadamente el 78 % de sus propiedades dieléctricas originales, los aceites modificados con fenilo conservan cerca del 92 % de sus propiedades dieléctricas originales, lo que los hace más adecuados para su uso en transformadores con aislamiento eléctrico y sistemas eléctricos de aeronaves. Cuando estos materiales se modifican para cumplir otras normas industriales aplicables, se ha comprobado que reducen la frecuencia de fallos mecánicos y contribuyen a la mayor durabilidad general de los sistemas mecánicos. Esto es especialmente cierto en transformadores con aislamiento eléctrico y en otras aplicaciones donde se requiere un alto grado de fiabilidad.

Optimización de la viscosidad para la lubricación directa y la adherencia del recubrimiento

Viscosidad del aceite de silicona (50–1.000 cSt) en relación con la dinámica de movimiento de: actuadores MEMS, contactores EV y mecanismos de relé

Con distintas configuraciones para aplicaciones mecánicas y eléctricas, es fundamental seleccionar la viscosidad adecuada para el uso previsto. Por ejemplo, los actuadores MEMS que operan por encima de 100 Hz requieren aceites de baja viscosidad (50-100 cSt) para facilitar respuestas rápidas en el rango de microsegundos, minimizando así la resistencia asociada a la inercia. Para los contactores de vehículos eléctricos (EV) que deben soportar más de 500 amperios, un aceite de viscosidad media (200-500 cSt) resulta ideal para gestionar la soldadura por arco eléctrico, al tiempo que permite una desconexión rápida de los contactos. Además, un mecanismo de relé sometido a múltiples impactos bruscos de 10 G o más requerirá un aceite de alta viscosidad, en el rango de 500-1000 cSt, para garantizar una lubricación constante a pesar de la ocurrencia de choques repentinos. En todos los ejemplos anteriores, los ingenieros deben determinar el comportamiento localizado de cizallamiento y presión en dichos puntos. Las especificaciones de diseño deben tener en cuenta los cambios rápidos de temperatura, ya que, si no se mitigan, comprometerán la película de aceite.

Influencia de la viscosidad en la retención de la película, el control de la migración y la lubricación a largo plazo en recintos sellados

Los aceites de silicona entre 350 y 1.000 cSt son excelentes para mantener una película protectora sobre electrónica sellada. Estos aceites son menos susceptibles al desplazamiento por sedimentación gravitacional, formando así capas límite estables de aproximadamente 3 a 5 micras de espesor sobre contactos y rodamientos. Esto es extremadamente importante para las unidades de control automotriz sometidas a vibraciones continuas. Presentan un rango operativo de temperaturas muy amplio (−40 a 200 °C) y, durante todo este intervalo térmico, estas calidades de aceite mantienen un índice de viscosidad superior a 200. Esta viscosidad ayuda a eliminar los problemas de migración capilar, que provocan incómodas zonas secas. Estas formulaciones conservan su estabilidad al cizallamiento y, por lo tanto, no se separan de los agentes espesantes con el paso del tiempo. Por ello, muchos componentes aeroespaciales y sensores industriales que utilizan estos aceites pueden funcionar sin mantenimiento durante más de 10 años, cumpliendo así los requisitos de la certificación MIL-PRF-27617.

Compatibilidad de materiales y fiabilidad térmica en sustratos electrónicos
Compatibilidad química con aceite de silicona, juntas de EPDM, recubrimientos de poliimida, laminados FR-4 y máscaras de soldadura
Para que el aceite de silicona cumpla su función, debe mantenerse químicamente neutro frente a su entorno, es decir, próximo a los mismos materiales utilizados en la fabricación de dispositivos electrónicos. Teniendo en cuenta la junta de EPDM en los conectores y el conjunto de la carcasa, el aceite de silicona no debe provocar hinchazón, fragilidad ni deformación permanente tras múltiples ciclos de acoplamiento. En los circuitos flexibles con recubrimientos de poliimida, el aceite de silicona puede causar plasticización, lo que podría debilitar el adhesivo y alterar su estabilidad dimensional. Para que el aceite de silicona sea satisfactoriamente compatible con las placas FR-4, no debe provocar migración de resina ni deslamination, ni tampoco fallos de aislamiento. En las máscaras de soldadura, los aceites de silicona no deben causar la formación de filamentos anódicos conductivos ni ampollas en el recubrimiento protector. Los problemas de compatibilidad no son insignificantes. En el caso de materiales incompatibles, datos recientes de la industria del Consorcio de Análisis de Fallos de 2023 indican que aproximadamente el 23 % de los fallos en las juntas de los sensores automotrices y el 17 % de los problemas de fallo en relés industriales se deben a dicha incompatibilidad.

Límites de estabilidad térmica y resistencia a la oxidación: garantiza el rendimiento en rangos de operación de -40 °C a 200 °C

Debido a su estructura y a los antioxidantes incorporados, estos aceites pueden operar a temperaturas extremas. Pueden funcionar incluso a -50 °C, lo cual es muy importante para su uso en regiones polares, ya que allí la falla de lubricación puede provocar daños extremos en los equipos. Asimismo, se ha demostrado que mantienen sus propiedades aislantes y aislantes eléctricas en aceites de alto rendimiento modificados con fenilo que operan por encima de 180 °C. También se han sometido a ensayos según la norma ASTM D943, lo que reveló una baja tasa de oxidación y una mínima acumulación de lodos, previniendo así la corrosión de los componentes mecánicos. En las fórmulas más avanzadas, la estabilidad frente a variaciones de temperatura cumple con los estándares de seguridad UL 2580 para aplicaciones de baterías en vehículos eléctricos (EV) y con la Sección 25 de la norma DO-160 relativa a fallos térmicos en electrónica aeroespacial.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la rigidez dieléctrica?

La rigidez dieléctrica se determina por la máxima cantidad de esfuerzo que un material dieléctrico puede soportar antes de sufrir una ruptura eléctrica. Esto es extremadamente importante al considerar aplicaciones de alto voltaje, ya que puede ayudar a prevenir el seguimiento de arco y los cortocircuitos derivados de fallos dieléctricos.

¿Por qué es significativa la viscosidad para los aceites de silicona?

La viscosidad de los aceites de silicona determina su capacidad para resistir esfuerzos y fluir durante operaciones mecánicas o eléctricas. Por ello, resulta significativa para trabajos de precisión.

¿Qué diferencia a los aceites de silicona modificados con fenilo de los modificados con metilo?

En comparación con los aceites de silicona modificados con metilo, los modificados con fenilo ofrecen una mayor fiabilidad frente a altos voltajes térmicos y de ruptura eléctrica. Por tanto, son ideales para su uso en aplicaciones eléctricas de alto rendimiento.

¿Qué determina la compatibilidad de un aceite de silicona con un componente electrónico?

El aceite de silicona logra compatibilidad con los componentes electrónicos al mantenerse químicamente neutro frente a las juntas de EPDM, los recubrimientos de poliimida, los laminados FR-4 y las máscaras de soldadura. Esto lo convierte en un factor clave para evitar su degradación y fallos.