Encapsulado Electrónico
¿Qué es el encapsulado electrónico?
En electrónica, el encapsulado es un proceso que consiste en llenar un conjunto electrónico completo con un compuesto sólido o gelatinoso para resistir golpes y vibraciones y excluir la humedad y los agentes corrosivos.
Si bien la migración generalizada de soluciones y componentes mecánicos a soluciones y componentes principalmente electrónicos ha eliminado prácticamente el desgaste y la fatiga del material inherentes a las piezas expuestas y móviles, la tecnología de estado sólido tiene una serie de problemas que pueden interferir con un funcionamiento confiable.
Uno de ellos es la humedad en los componentes electrónicos, que puede provocar falsas alarmas, funcionamiento defectuoso y microcorrosión, lo que provoca fallos en los componentes y el sistema. Otro es el envejecimiento acelerado debido a las bolsas y espacios de aire, así como a la exposición a agentes corrosivos. Algunos de estos problemas se pueden abordar con una encapsulación adecuada de componentes y sistemas vulnerables en carcasas, pero eso aumenta el costo y puede agregar tamaño y peso.
"El encapsulado es una forma sencilla y rentable de aumentar la fiabilidad y la longevidad de los componentes y sistemas electrónicos."
Sam Liao, director de tecnología, Winmate Inc.
Una solución alternativa a la encapsulación mecánica es el "encapsulado" de la electrónica. Se llama maceta porque, así como el vulnerable sistema de raíces de una planta se estabiliza y protege colocando la planta en una maceta y luego llenándola con tierra, los componentes electrónicos se pueden "enterrar" en recintos adecuados y con compuestos adecuados que no sólo protegen contra golpes y vibraciones, pero también contra la formación de humedad y la exposición a agentes corrosivos. La idea general es encapsular las piezas electrónicas vulnerables para protegerlas de cualquier tipo de daño.
¿Cómo funciona el encapsulado de dispositivos electrónicos?
Echemos un vistazo más de cerca al "encapsulado" de la electrónica. En esencia, es como crear un "recipiente" adecuado para colocar los componentes electrónicos y luego llenarlo con líquidos curables especiales (como epoxis, poliuretanos o siliconas) que tienen propiedades estructurales adhesivas y de aislamiento térmico. Tenga en cuenta que una "olla" también puede ser un molde que se retira una vez que el compuesto para encapsular se ha endurecido, o los componentes pueden simplemente sumergirse en un compuesto para encapsularlos.
Entre las muchas ventajas de la electrónica "encapsulada" está que es una solución muy flexible. El encapsulado se puede aplicar sólo a piezas y componentes de alto riesgo, así como a tableros y conjuntos completos. Hay muchos materiales para macetas disponibles que abordan la conductividad, el aislamiento eléctrico y térmico y la protección contra diversas condiciones y amenazas ambientales.
El proceso de encapsulado de productos electrónicos
¿Cómo se hace el encapsulado? Eso depende del tipo y uso de los componentes que se van a encapsular.
En el aspecto químico, algunos materiales o adhesivos pueden tener reacciones químicas con ciertos materiales para macetas, lo que podría resultar en áreas no curadas. Se identifica el compuesto para macetas adecuado para producir el mejor resultado. Es posible que algunos componentes eléctricos no estén sellados adecuadamente, por lo que el material de encapsulado puede ir a donde no debe ir. Dichos componentes deben identificarse para evitar un mal funcionamiento posterior.
Los diferentes compuestos para macetas requieren un procesamiento diferente. Es posible que requieran una mezcla única, diferentes temperaturas, diferentes formas de eliminar las burbujas y un curado adicional para minimizar la contracción. La eliminación de burbujas (o "desgasificación") puede requerir cámaras de vacío. Para proyectos de encapsulado complicados específicos, se necesita una mayor viscosidad del material de encapsulado, y eso se logra mediante temperaturas elevadas.
Equipo de encapsulado electrónico
El proceso de encapsulado electrónico requiere equipos altamente especializados. Incluye máquinas para la mezcla precisa y uniforme de materiales para macetas y tanques de desgasificación que eliminan las burbujas de aire en los materiales. El equipo debe permitir un ajuste preciso de las proporciones del material de encapsulado y la velocidad del flujo. Las instalaciones de encapsulado electrónico también incluyen cámaras de vacío y curado con controles completos de temperatura. Las consideraciones adicionales aquí son la duración y la temperatura del proceso de curado que tienen un impacto en la contracción.
Inspecciones de Calidad y Procesos
Durante un proceso de encapsulado inicial, los técnicos inspeccionan para determinar los patrones de flujo del encapsulado, el llenado adecuado y el curado. Las unidades de muestra se desmantelan, se cortan y luego se examinan cuidadosamente. Los hallazgos se documentan y los inspectores compilan notas y listas de verificación para los operadores de macetas. Si se encuentran problemas, se ajustan el proceso de encapsulado y los materiales, y se repiten las inspecciones hasta que todo sea lo esperado. Se pueden conservar muestras de macetas para aprobar las proporciones de mezcla.
Beneficios del encapsulado electrónico
Los beneficios del cultivo en macetas son considerables. El encapsulado no sólo protege contra la humedad y la exposición, sino también contra golpes y vibraciones. Elimina por completo el impacto dañino del aire y la humedad de la ecuación de mantenimiento, confiabilidad y longevidad y al mismo tiempo protege las piezas y componentes ruidosos sensibles a EMI.
¿Cómo se compara el encapsulado con otras soluciones protectoras?
Si bien el encapsulado es una forma madura y rentable de proteger los dispositivos electrónicos, otras soluciones pueden hacer el trabajo. Uno es un recubrimiento conformado, donde se aplica una fina capa protectora a toda una placa de circuito. Otra es colocar componentes y sistemas en carcasas completamente selladas. Ambos métodos se utilizan ampliamente y tienen muchas aplicaciones beneficiosas. Pero, dependiendo de la aplicación, pueden ser menos rentables que el encapsulado, y ni el revestimiento conformado ni los cerramientos completos pueden solucionar el problema del aire caliente atrapado. Como resultado, el encapsulado aplicado estratégicamente a los componentes en riesgo suele ser la solución mejor y más rentable.
Aplicaciones del encapsulado electrónico
A medida que aumenta el uso de la electrónica en la vida moderna y en las áreas industriales, el encapsulado es una herramienta esencial para mantener todo en funcionamiento.
Algunos ejemplos son:
- El sector automotriz depende de numerosas piezas y sistemas electrónicos que pueden estar expuestos a suciedad, líquidos, humedad, vibraciones y temperaturas extremas. El encapsulado de piezas y componentes estratégicos puede mejorar significativamente la confiabilidad y proteger contra el envejecimiento prematuro y las fallas.
- Las carretillas elevadoras y otros vehículos de construcción se lavan a presión de forma rutinaria al final de los turnos, lo que exige sistemas electrónicos y conductos adecuados para un funcionamiento confiable y continuo. Una vez más, el uso de macetas puede proteger las partes vulnerables y evitar que sufran daños.
- La electrónica de infraestructura, como semáforos, interruptores, fuentes de alimentación, sensores, etc., depende de gabinetes sellados para su correcto funcionamiento. Una vez que esos gabinetes pierden su efectividad debido al envejecimiento, estrés térmico y mecánico, exposición a los rayos UV, etc., ya no se garantiza un funcionamiento confiable. El encapsulado estratégico de componentes puede aumentar significativamente la confiabilidad y reducir los costos de reparación y reemplazo.
Aparte de estos tres ejemplos, existen muchas otras aplicaciones y soluciones electrónicas en las que se produce exposición a líquidos y temperaturas variables. Todos están en riesgo porque incluso las brechas más pequeñas en los recintos resultarán en exposición a la humedad y efectos corrosivos. Una vez más, el encapsulado electrónico puede ayudar.
El éxito de un proyecto de macetas depende de 4 cosas:
- Identificar los componentes en riesgo con el mayor retorno de la inversión del encapsulado.
- Determinar el compuesto para macetas con la combinación exacta de propiedades para el proyecto.
- Una instalación de encapsulado de componentes electrónicos de última generación con todo el equipo necesario.
- Un operador experimentado en encapsulado de componentes electrónicos.