Las mejores prácticas de diseño y fabricación para la protección de circuitos electrónicos contra la humedad

Una fuente de mal funcionamiento de las PCB, especialmente en ambientes exteriores, proviene de la humedad en las placas. Afortunadamente, hay varias elementos para la protección de tus circuitos electrónicos contra la humedad opciones para proteger tus placas cuando se implementan. Sigue leyendo para saber cuál es la mejor para tu aplicación.

Una vez tuve un sistema de sensor para exteriores con una capa protectora de PCB personalizada que dejaba de registrar datos durante dos horas al amanecer todos los días. Esto no era porque la placa necesitaba un descanso antes de ir a trabajar. En realidad, la caja del sensor estaba recogiendo la condensación matutina y provocaba un mal funcionamiento de la placa. Obviamente, nunca se nos ocurrió que nuestra PCB podría estar expuesta a la humedad cuando se desplegara en el campo. Si bien esto no parece una buena situación, fuimos afortunados de que no hubiera un cortocircuito y el sistema reanudara su funcionamiento normal una vez estuvo seco.

Es raro tener tanta suerte, pero ahora sé que la humedad es una de las razones por las cuales las PCB no funcionan correctamente. Ahora que sabe que la condensación puede matar, existen varias opciones para el recubrimiento protector de PCB.

^{Una carcasa de plástico es uno de los elementos de protección de circuitos electrónicos más simple}

Pon tus PCB en carcasas

La solución más simple para el manejo de la humedad es colocar tu placa impresa en una caja. Los gabinetes minimizan los cambios en el diseño de tu PCB y son relativamente económicos. Para un prototipo, esto podría ser tan elegante como un Tupperware sellado con silicona. (Consejo: Usa solo Tupperwares limpios. Las patatas fritas y los productos electrónicos nunca deben mezclarse).

Puedes comprar cajas y estuches confeccionados con una variedad de opciones de sellado en casi cualquier tamaño.

Si subes de nivel y diseñas la carcasa tú mismo, considera usar lados redondeados para que la condensación en las paredes fluya lejos de tu PCB. Además, incluye ranuras para mantener la placa impresa en tu lugar.

Debes diseñar tu placa con suficiente margen para caber en las ranuras sin tocar los componentes.

También puedes incluir desecante (ya sabes, esos paquetes que dicen NO COMER que hay dentro de las cajas de zapatos y cecina de res) para absorber la humedad en la caja.

Una carcasa sellada es a menudo una solución fácil porque de todos modos necesitarás empaquetar tus productos electrónicos. Sin embargo, en algunas situaciones, simplemente no es suficiente. Probablemente deberías buscar opciones de protección adicionales si:

• Necesitas protección rigurosa debido a las condiciones ambientales

• El recinto se reabrirá regularmente

• Hay agujeros en la carcasa para el cableado u otras consideraciones de E/S.

^{Una PCB estropeada por inmersión en agua. Esto sucede si no tienes en cuenta la protección de tus circuitos electrónicos contra la humedad}

Aplicar un Revestimiento de Conformación

Un revestimiento de conformación es la opción de revestimiento más protectora de las PCB. Existen varios tipos, pero generalmente es barato de aplicar y se puede ampliar con la fabricación.

Antes de seleccionar un material de recubrimiento, determina si necesitas protegerte contra cualquier otra cosa además de la humedad. Nuestros sistemas se implementaron al aire libre, a veces cerca de áreas agrícolas, por lo que nos preocupamos por la temperatura, las inclemencias del tiempo y los pesticidas que podrían penetrar en la carcasa (que tuvimos que volver a abrir con frecuencia). ¡También tuvimos algunos hongos sorpresa en un solo sistema! Esto convirtió la reelaboración de las placas en una ocasión particularmente especial.

Al elegir un recubrimiento, debes considerar estas propiedades:

• Resistencia a la humedad: por eso estamos todos aquí. La mayoría de las capas conformales se facturarán como protectoras contra la humedad. Sin embargo, cualquier espacio de aire en la placa puede afectar la protección contra la humedad. No todos los recubrimientos se crean de la misma manera, así que verifica las especificaciones de tu fabricante para asegurarte de que protegerá contra la lluvia, la humedad o cualquier condición que esperes.

• Resistencia química: esto debería ser una consideración importante si los pesticidas, el agua salada u otros productos químicos corrosivos pudieran entrar en contacto con tu placa. No todos los recubrimientos protegerán contra todos los productos químicos.

• Rango de temperatura: ¿tu recubrimiento necesita grandes o rápidos cambios térmicos para sobrevivir ? En caso afirmativo, entonces tu recubrimiento debe flexionarse con la placa, por lo que no deforma ni agrieta los componentes y la soldadura.

• Propiedades dieléctricas: las propiedades dieléctricas de algunos recubrimientos pueden ser buenas y malas. El aislamiento del recubrimiento puede darte más libertad de acción en un diseño al reducir el espacio. Por otro lado, las propiedades dieléctricas de algunos recubrimientos pueden dejarte completamente descolocado al cambiar la coincidencia de impedancia de RF que tomó semanas para optimizar.

• Facilidad de aplicación: ¿quién está aplicando el recubrimiento y qué tan bonito lo quieres? Puedes cepillar o pintar el revestimiento, pero esto generalmente resulta ser un desastre. Recomiendo rociar o sumergir tus tablas. Alternativamente, los procesos automatizados son más consistentes en su aplicación, aunque son mucho más caros.

• En una empresa emergente, rociamos todas las placas a mano. En la parte frontal de la placa por la mañana, luego el jefe nos lleva a comer y hacemos el reverso de la placa por la tarde. Yo respondo por este horario.

• Flexibilidad: si tienes bordes afilados, muchas uniones de soldadura u otra topografía irregular en la placa, necesitas un revestimiento que sea muy flexible y se distribuya suavemente por la placa. Pregúntale al proveedor sobre la viscosidad y el flujo del recubrimiento para saber cuál necesitas.

• Repaso: los recubrimientos están destinados a proteger la placa y no se desprenden fácilmente. Si anticipas cualquier repaso, elige un recubrimiento que sea fácil de quitar sin químicos oscuros o solventes horribles.

^{Evita incómodas reparaciones protegiendo tus placas de circuitos electrónicos}

La mayoría de los materiales de recubrimiento son

• Siliconas: generalmente tienen una tolerancia a altas temperaturas y son fáciles de aplicar por ti mismo. Son flexibles y resistentes a muchas condiciones químicas y de humedad.

• Uretanos: son geniales cuando buscas resistencia dura. Esto incluye resistencia al rascado. Por lo general, requieren separadores igualmente fuertes si deseas eliminar el revestimiento y volver a trabajar la placa.

• Barnices: tienen una base de resina natural y vienen en un gran rango de variedades. Tienen un rango igualmente amplio de tolerancia a la temperatura, protección contra la humedad y flexibilidad.

• Acrílicos: son una buena opción de protección general. También vienen con la ventaja adicional de que generalmente son fáciles de eliminar de la placa, si es necesario.

Miller-Stephenson, ACC Silicones, ElectroLube y HumiSeal tienen una buena visión general de tus opciones cuando acotas los productos de recubrimiento.

Además, asegúrate de enmascarar los componentes que no deberían estar recubiertos antes de comenzar a proteger tus placas.

Encapsula tus componentes

A veces tienes que dedicarte a la protección, lo que significa que estás tomando en cuenta el encapsulado. Esto implica incrustar toda la placa en un material protector, generalmente un material epóxico o silicona.

El encapsulamiento generalmente se realiza a nivel de componente, pero las placas impresas en un entorno marino u otro entorno brutalmente electrónico pueden necesitar proteger toda la placa. Cuando amplíes, necesitarás un fabricante para hacer esto. Los vacíos o espacios de aire en el material son difíciles de evitar y desharán todo el trabajo que has realizado para proteger tu placa.

Los requisitos de temperatura son una consideración importante. Una vez que toda la placa está incrustada en epóxico, la compresión y la expansión causadas por los cambios de temperatura pueden tensar las juntas de soldadura y los componentes empaquetados. Si la tensión causa grietas, entonces lo pasarás mal; es muy difícil volver a trabajar tu tabla después de que se haya estropeado. Empresas como Epic Resins y Master Bond tienen opciones con alta conductividad térmica y baja expansión térmica para ayudar a prevenir este tipo de problemas.

¡Simplifica las cosas!

Cuando diseñas para la fabricación, la protección de la placa es tan importante como la selección de componentes. De lo contrario, estarás como yo, arrastrándote por un pantano al amanecer para realizar mediciones manuales mientras tu tabla vuelve a ponerse en funcionamiento.

Para realizar un seguimiento de las especificaciones de, hice hojas de cálculo masivas que contienen sus variaciones de tono y temperatura. Es terrible. Mantenerlo actualizado es casi tan malo como recuperar tu placa impresa defectuosa de un pantano. Tan pronto como eliminas cada error, aparece otro. Una solución sencilla es utilizar un software de diseño de PCB profesional como Altium Designer^®, donde puedes incorporar las especificaciones de tus componentes en las reglas de diseño integradas. Más aún, tu complemento te ayudará a realizar un seguimiento de las especificaciones de tus componentes y verificar si son apropiadas para un recubrimiento o epóxico específico. Altium también puede verificar el espacio en 3D de tu carcasa mientras diseñas. Usando estas herramientas, puedes diseñar tus PCB con éxito y con facilidad, sin demasiado esfuerzo.

Para obtener más información sobre cómo tu software de diseño de PCB puede ayudarte, comunícate con un experto en Altium.

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