Qu'est-ce qui rend l'huile de silicone industrielle adaptée aux applications électroniques et automobiles ?

Électronique haute tension et isolation électrique supérieure

Encapsulation et remplissage des cartes à circuits imprimés (PCB) : isolation diélectrique avancée et résistance aux arcs

L'huile de silicone de qualité industrielle débute le processus de fabrication avec la propriété utile de la rigidité diélectrique propre aux huiles. La rigidité diélectrique de cette huile dépasse 15 kV/mm, ce qui est utile pour empêcher les arcs électriques dangereux dans des composants tels que les transformateurs, les modules de puissance et les systèmes de batteries pour véhicules électriques (VE). Une rupture d’isolation peut provoquer des problèmes graves, tels que la réaction thermique en chaîne. Celle-ci résulte d’une défaillance de l’isolation. En tant que polymère, la silicone possède des chaînes stables qui ne subissent pas de modifications importantes sous le bombardement d’électrons, ce qui contribue au refroidissement. Cette huile est également exempte de décharges coronaires et dendritiques, ce qui la rend utile pour l’étanchéité des cartes de circuits imprimés dans les industries médicale, aérospatiale et automobile. L’huile de silicone se distingue également par sa capacité à s’autorégénérer après une contrainte électrique et à retrouver sa rigidité diélectrique suite à cette contrainte, sans dommage permanent. Cette propriété est essentielle dans les systèmes qui ne tolèrent aucune défaillance.

Analyse des performances des huiles de silicone, des huiles minérales et des fluides PAO

Dès que les températures atteignent environ 130 °C, les huiles minérales traditionnelles commencent rapidement à se dégrader. Les fluides PAO peuvent présenter une meilleure stabilité thermique que les huiles minérales traditionnelles, mais les fluides à base de silicone restent supérieurs, offrant une résistance aux arcs électrique supérieure de vingt pour cent. Cela revêt une importance particulière dans les applications à haute fréquence, notamment en cas d’usure accélérée des matériaux isolants due à des décharges électriques fréquentes, comme dans les bornes de recharge rapide CC. La silicone est également plus résistante à l’oxydation ; ainsi, les transformateurs étanches remplis de fluides à base de silicone sont moins susceptibles de s’encrasser de boues. En conséquence, les transformateurs remplis de fluides à base de silicone nécessitent un remplacement moins fréquent, leur durée de vie étant généralement supérieure de 3 à 5 ans à celle des transformateurs utilisant des fluides hydrocarburés traditionnels.

Stabilité thermique dans le domaine automobile

Résistance à des températures supérieures à 200 degrés C dans le compartiment moteur et les composants électroniques de puissance

Il est courant que les moteurs automobiles et leurs composants atteignent et fonctionnent à des températures de 200 degrés Celsius et plus. Cette chaleur provoque l’évaporation ou la dégradation des lubrifiants et des liquides de refroidissement, tels que les huiles. La dégradation des fluides moteur génère des boues et des acides nocifs qui augmentent les frottements et accélèrent l’usure des composants moteur. L’huile silicone, en revanche, ne se dégrade pas, grâce à sa structure silicium-oxygène supérieure, plus stable que celle des huiles classiques. Dans une simulation expérimentale à 220 degrés Celsius pendant 500 heures d’écoulement continu, l’huile silicone a conservé environ 95 % de sa viscosité initiale, tandis qu’une huile minérale classique a perdu près de la moitié de sa viscosité dans les mêmes conditions. Cela est important car cela permet de maintenir propres les systèmes fluides du moteur et du turbocompresseur. L’huile silicone augmente la durée de vie des composants moteur de deux à trois fois par rapport à celle des huiles hydrocarbures conventionnelles.

Validation dans des conditions réelles au sein de l’électronique de puissance des véhicules électriques

Ces avantages constituent une preuve d'applications concrètes dans les véhicules électriques (VE). Une analyse sur le terrain a été menée sur un modèle de VE de taille moyenne, reconnu comme leader par ses pairs, utilisant de l'huile de silicone comme fluide frigorigène dans son onduleur de puissance, sur une distance supérieure à 100 000 miles. Les mesures clés étaient les suivantes :

Paramètre Huile de silicone Fluide frigorigène traditionnel

Variation de la viscosité à 200 °C < 5 % > 35 %

Augmentation du nombre d’acidité 0,1 mg KOH/g 2,8 mg KOH/g

Taux de défaillance de l’onduleur 0,2 % 1,7 %

Cela s’est traduit par une réduction de 40 % des réclamations sous garantie liées à des problèmes thermiques. En outre, le caractère non corrosif de l’huile de silicone a empêché toute dégradation chimique des enroulements en cuivre et des substrats en polyimide, et, grâce à sa viscosité stable, elle a contribué à assurer un débit constant au sein des systèmes de refroidissement à microcanaux, éliminant ainsi les points chauds causés par des défaillances des semi-conducteurs.

Utilisation de l’huile de silicone comme fluide caloporteur et lubrifiant

`Indice de viscosité > 300` = Lubrification et transfert thermique excellents

L'huile de silicone possède l'un des indices de viscosité les plus élevés parmi les fluides commerciaux. En effet, l'indice de viscosité de l'huile de silicone est supérieur à 300. Cela signifie que la viscosité de l'huile de silicone ne varie que très peu en fonction des changements de température. Autrement dit, l'huile de silicone peut fonctionner efficacement aussi bien à des températures extrêmement basses qu'à des températures extrêmement élevées, soit de –50 °C à 200 °C. Que signifie cela ? Cela signifie que l'huile de silicone peut être utilisée comme lubrifiant efficace, ainsi que comme fluide caloporteur efficace, sans poser aucun problème. Dans le cas des huiles classiques, lorsque la température diminue, l'huile peut devenir trop visqueuse et, par conséquent, perdre sa capacité à s'écouler correctement, ce qui peut entraîner des problèmes tels que la cavitation des pompes. À l’inverse, l’huile de silicone continue de s’écouler correctement, garantissant ainsi une dissipation continue de la chaleur. Du côté opposé du spectre thermique, l’huile de silicone présente une résistance stable du film lubrifiant, empêchant le contact métal sur métal dans les roulements tout en permettant néanmoins le transfert de chaleur depuis les zones les plus chaudes. Sa capacité à agir à la fois comme lubrifiant et comme fluide caloporteur permet aux ingénieurs de concevoir des systèmes moins complexes, car il n’est plus nécessaire d’intégrer des circuits séparés pour la lubrification et le refroidissement. Cela pourrait réduire de 30 à 40 % le nombre de composants requis dans les systèmes de gestion thermique utilisés pour les batteries des véhicules électriques (VE).

Les situations où la fiabilité est primordiale incluent les systèmes de refroidissement des composants des semi-conducteurs puissants, les actionneurs d’aéronefs, etc. ; des applications critiques comme celles-ci nécessitent de l’huile de silicone. Il n’est donc pas surprenant que les experts comptent sur l’huile de silicone.

Fiabilité à long terme et compatibilité des matériaux avec les composants électroniques sensibles

Comportement non corrosif vis-à-vis des substrats en polyimide, des masques à souder et du cuivre

L'huile de silicone utilisée dans l'industrie garantit la fiabilité des composants électroniques sensibles et leur longévité. En effet, l'huile de silicone ne provoque pas de réactions chimiques, contrairement aux huiles à base de pétrole, qui peuvent entraîner des problèmes. Par exemple, la silicone ne cause pas de corrosion sur le cuivre, les masques à souder et les substrats en polyimide présents dans les cartes de circuits imprimés modernes et les circuits imprimés flexibles. Pour cette raison, des phénomènes tels que la migration électrochimique et la perte de résistance d'isolement perdent de leur importance, notamment face à l'humidité et aux variations répétées de température auxquelles les équipements sont soumis. En outre, la caractéristique protectrice et non réactive de la silicone signifie que les adhésifs et les revêtements protecteurs résistent aux changements opérationnels. Cela augmente la durée de vie du système dans son ensemble, en particulier des systèmes sophistiqués où les défaillances matérielles sont coûteuses.

Questions fréquemment posées  

Quelle est la rigidité diélectrique de l'huile de silicone de qualité industrielle ?
La rigidité diélectrique de l'huile de silicone de qualité industrielle est supérieure à 15 kV par millimètre.

Quels sont les avantages de l'huile de silicone par rapport aux huiles minérales et aux fluides PAO ?

Par rapport aux huiles minérales et aux fluides PAO, l'huile de silicone présente une rigidité diélectrique supérieure, une plage de températures de fonctionnement plus étendue, une meilleure résistance à l'oxydation et une stabilité accrue de sa viscosité.

Pourquoi l'huile de silicone est-elle utile dans des conditions de température extrême au sein des applications automobiles ?

L'huile de silicone pouvant supporter une élévation de température extrême dépassant 200 °C tout en conservant ses performances requises, elle peut être utilisée dans des applications automobiles extrêmes.

Pourquoi l'huile de silicone est-elle utilisée dans les composants électroniques sensibles ?

L'huile de silicone n'interagit pas chimiquement avec le cuivre, les masques à souder ou les substrats en polyimide, ce qui améliore la fiabilité des composants électroniques sensibles.