高功率模組用漆包線絕緣材料

刊登日期:2013/7/9
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突波產生對漆包線絕緣材料之影響
正常狀況之下,電力公司所輸送到用戶家中的電源電壓應為110V,但是在某些狀況下會瞬間出現高過正常的電壓值,稱之為突波(Surge)。突波的發生無法避免,變頻器也會產生突波。利用變頻器驅動馬達時,通常會產生急遽的高電壓,形成所謂變頻突波(Inverter Surge),漆包線之間會發生局部放電。一般而言,突波產生時可視為瞬間給予漆包線一個非常大的能量(負載),在此巨大的能量下,若材料絕緣強度無法承受或無法將此能量導通散逸,則絕緣皮膜容易被擊穿或破壞,造成貫穿性短路或信號不穩定,進而損壞終端元件,使儀器無法運轉或毀壞。變頻突波對漆包線絕緣材料所造成的破壞如圖二所示。所以防止變頻突波對於漆包線絕緣材料破壞,是目前高功率電子用漆包線絕緣材料開發的重點。


圖二、變頻突波對漆包線絕緣材料所造成的損壞

抗突波漆包線絕緣材料的技術發展
從抗突波漆包線絕緣材料開發相關資訊可以發現,有機/無機混成材料技術開發成為一個非常重要且關鍵的技術。以下將針對目前一些公司所開發的抗突波漆包線絕緣材料發展技術與應用做一簡單闡述。
1. Phelps Dodge與GE
Phelps Dodge 與GE早在1985年就已經發表抗突波用絕緣塗料的專利技術,其主要是在絕緣塗料中加入金屬氧化物如TiO2、 Al2O3、Cr2O3等,藉由金屬氧化物高介電的特性,使其產生類似電容的效果將突波吸收、均勻分散、導通,因而不會對有機絕緣材料造成破壞。為了更加確保能夠抵抗突波所造成的破壞,該技術採多層絕緣膜塗裝結構,在金屬/有機絕緣材料混合塗層外,再製作一層有機絕緣材料保護層,可在突波擊穿金屬/有機絕緣材料混合層後抵抗剩餘能量產生的破壞。該技術最大關鍵在於金屬氧化物與有機絕緣材料間的界面相容性,若相容性不佳,金屬氧化物易自行聚集形成大顆粒金屬粉體。若此,則因為粒子間隔較遠且分散不均,對於突波的分散及導通可能效果不佳,進而造成抗突波性能無法顯現,此技術相關專利雖然已經過期,但卻是最早被提出用於抗突波絕緣材料專利技術,其結構如圖四所示。


圖四、Phelps Dodge抗突波漆包線結構圖

6. 福保化學
福保化學所開發之抗突波漆包線絕緣材料主要將PEO插層改質的層狀奈米黏土(Nano Layered Clay)與奈米的聚矽酸(Polysilicic Acid,奈米級SiO2粒子)加入有機絕緣樹脂中,利用研磨形成混合塗液,經塗佈烘烤後,藉由PEO插層劑與有機樹脂反應形成鍵結,使層狀黏土脫層,進而使奈米級的聚矽酸粒子與薄、平的層狀奈米黏土均勻地分散在皮膜中,所製作之漆包線不僅可達到抵抗局部放電突波的效果,同時使絕緣皮膜具有更優良的耐磨耗性。此外,由於該PEO插層劑具有柔軟、可撓的特性,可使漆包線皮膜具有較佳的柔軟度,使漆包線繞線時不會有應力缺陷產生。使用此技術製作之抗突波漆包線與傳統漆包線測試比較,其結果如表二所示。由此可以發現抗突波漆包線性質均較傳統漆包線佳,而且抗突波漆包線的破壞時間約為傳統漆包線的1,100倍……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文

作者:曾峰柏 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌319期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=11170


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