Todo lo que necesitas saber sobre el revestimiento de conformación en una PCB

El revestimiento de conformación es un material ligero aplicado sobre las PCB que actúa como capa protectora. Protege a las placas de circuito impreso y los componentes contra diversos factores ambientales, como el calor, la humedad, la luz ultravioleta, los contaminantes químicos o los materiales abrasivos. Los revestimientos de conformación de PCB también tienen propiedades de aislamiento térmico y eléctrico, que ayudan a gestionar las características de funcionamiento de los circuitos.

La mayor ventaja de aplicar un revestimiento de conformación es que la protección ampliará la vida útil de la placa de circuitos y reducirá las tasas de fallo de los componentes por causas ambientales. Como consecuencia, esta protección mejorará la fiabilidad del dispositivo que estés diseñando, reduciendo los costes asociados a la sustitución de hardware que pueda fallar antes de lo previsto.

Existen varios tipos de revestimiento de conformación de PCB y cada uno aporta características, propiedades y beneficios únicos. Este artículo pretende explicar con precisión qué ventajas puede aportarte un revestimiento de conformación y qué tipo es la mejor opción para tu aplicación específica.

Tipos de revestimiento de conformación

Cada tipo de revestimiento de conformación tiene propiedades y características únicas adecuadas para aplicaciones determinadas. Aquí examinaremos los cinco tipos principales de revestimiento de conformación de PCB del mercado según su base: acrílico, silicona, poliuretano, epoxi y parileno.

Revestimientos a base de acrílico

Las principales características de los revestimientos de conformación de base acrílica son su bajo coste y su facilidad de aplicación, lo que los hace ideales para la electrónica a nivel de aficionado. Puedes aplicar este revestimiento mediante varias técnicas, como inmersión, pulverización o pincel. También son fáciles de eliminar mediante disolventes no agresivos como el isopropanol en el caso de que fuera necesario modificar o reparar la placa.

Las resinas acrílicas protegen contra la humedad a largo plazo y resisten bien la luz ultravioleta (UV), por lo que son ideales para placas de circuito expuestas a la luz solar directa.

La desventaja de esta solución tan práctica y asequible es que el revestimiento ofrece poca o ninguna resistencia a los disolventes y se ve afectado negativamente por temperaturas superiores a los 250 grados Fahrenheit (125 grados centígrados). Estas restricciones pueden limitar las aplicaciones para las que este tipo de revestimiento resulte adecuado.

Revestimientos a base de silicona

La principal característica de los revestimientos de conformación de PCB a base de silicona es que conservan su elasticidad tras el curado, lo que ofrece una buena protección contra los efectos de las vibraciones y los altos niveles de tensión mecánica en las placas de circuitos. Además, la silicona proporciona una excelente resistencia a la humedad y la corrosión y una buena resistencia a la contaminación química. También tiene buenas propiedades de adhesión a los materiales de las PCB, lo que facilita su aplicación.

El mayor beneficio de este material es la protección que ofrece a altas temperaturas. Por ejemplo, en el caso de placas de circuito impreso que incluyan componentes que generen cargas térmicas elevadas o que se encuentren en entornos de temperaturas extremas. Este revestimiento puede soportar fácilmente temperaturas de hasta unos 400 grados Fahrenheit (200 grados centígrados).

La desventaja de esta solución tan flexible es que el revestimiento tiene una resistencia térmica significativamente mayor que otros tipos de revestimiento de conformación, lo que puede impedir la disipación de calor al actuar como una barrera térmica entre la placa de circuitos y sus componentes montados.

Revestimientos a base de poliuretano

Las principales características de los revestimientos de conformación de PCB de poliuretano o uretano son su dureza, adhesión y fuerte resistencia a los disolventes y a otros contaminantes químicos. En consecuencia, este material protege las PCB que estén expuestas a entornos hostiles. La Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA, por sus siglas en inglés) también ha aprobado el poliuretano para dispositivos médicos.

La desventaja de esta protección tan resistente es que el proceso de curado requiere de un calentamiento controlado en un horno durante un periodo prolongado o de la exposición a luz UV, dependiendo de la formulación del material a base de uretano. Como resultado, este proceso de curado es más adecuado para la fabricación comercial que para la creación de prototipos de bajo volumen o para las placas a nivel de aficionado.

Otro inconveniente es que el revestimiento es difícil de quitar una vez aplicado, lo que impide modificaciones o reparaciones posteriores en la placa de circuito impreso.

Revestimientos a base de epoxi

Los revestimientos de conformación de PCB a base de epoxi proporcionan un acabado duro y liso, resistente al desconchado o al agrietamiento, lo que ofrece una buena protección contra la abrasión y la entrada de humedad. La principal ventaja de las resinas acrílicas es su protección frente a la contaminación química, incluidos los disolventes, por lo que son ideales para su uso en entornos industriales hostiles.

Una desventaja de este tipo de revestimiento de conformación es la complejidad de la preparación y aplicación del material epoxi. El epoxi es un material de dos componentes que debe mezclarse inmediatamente antes de la aplicación debido a su breve tiempo de curado, del orden de los pocos minutos. Este proceso de preparación y aplicación requiere un equipo especializado para efectuar la mezcla, aplicar el material mediante técnicas de inmersión, pulverización o pincelado y eliminar cualquier residuo no deseado antes de que se endurezca. 

Otro inconveniente del material a base de epoxi es que se cura para formar un revestimiento duro que no ofrecerá flexibilidad si la placa de circuito se mueve o flexiona debido a la expansión o contracción térmicas o a fuerzas mecánicas aplicadas externamente. Esta rigidez puede traducirse en un movimiento diferencial entre la placa de PCB y el revestimiento, provocando la aplicación de fuerzas de cizallamiento a cualquier componente o cableado que atraviese el revestimiento para fijarse a la placa mediante una unión soldada. Además, esta dureza también impide posteriores modificaciones o reparaciones de la placa de circuito impreso.

Revestimientos a base de parileno

Las principales características de los revestimientos de conformación de PCB a base de parileno son su baja dilatación térmica y su elevada fuerza dieléctrica para aplicaciones especializadas. Además, ofrecen una buena resistencia a la contaminación química y a la abrasión a intervalos de temperatura razonables. La FDA de EE. UU. aprueba este revestimiento para su uso en aplicaciones médicas.

El principal inconveniente de este material de revestimiento de conformación es que debe aplicarse mediante una tecnología de deposición química de vapor (CVD, del inglés "Chemical Vapor Deposition"), lo que lo vuelve poco práctico para la mayoría de los desarrolladores de PCB no comerciales o de bajo volumen. Sin embargo, cuando se dispone de esta tecnología, el revestimiento no requiere curado, lo que hace que el proceso sea rápido y perfecto para la producción de grandes volúmenes.

Consideraciones sobre los revestimientos de conformación
 

Las propiedades térmicas

La principal consideración a la hora de elegir el material de revestimiento de conformación adecuado para una PCB es la temperatura de funcionamiento de la placa de circuito impreso, poniéndonos siempre en el peor de los casos. La temperatura máxima puede limitar los materiales de conformación ideales para su uso o requerir reconsiderar la estrategia de gestión térmica para reducir las temperaturas a niveles compatibles con el tipo de revestimiento de conformación elegido.

Otra limitación son las propiedades térmicas del material de revestimiento de conformación y su impacto en la solución de gestión térmica de la placa, en términos de interferencia con las tasas de disipación de calor y las rutas de flujo de energía térmica, y la alteración de las propiedades de expansión térmica esperadas. Por ejemplo, algunos revestimientos de conformación de PCB son altamente aislantes y pueden retener el calor, mientras que otros son más térmicamente conductores y pueden disipar el calor más eficazmente. Las propiedades térmicas pueden requerir cambios en la colocación de componentes o la inclusión de soluciones de gestión térmica adicionales.

Propiedades ambientales

Otra limitación es el entorno de funcionamiento de la placa de circuito impreso en cuanto a la presencia de humedad, partículas abrasivas, productos químicos (incluidos los disolventes) u otras sustancias que puedan afectar a la placa y a sus componentes.

Las propiedades físicas del material de revestimiento de conformación y su repercusión en el rendimiento de la placa cuando está sometida a tensiones y vibraciones de funcionamiento. Un revestimiento de conformación rígido que no se mueva con la placa provocará tensiones mecánicas en el caso de objetos sometidos a ambas fuerzas, incluidas las patas y los cables de los componentes, soldados a la placa. Esto puede requerir cambios en el diseño de la placa o de la carcasa para mitigar su impacto.

Propiedades de la aplicación

El revestimiento de conformación suele aplicarse mediante técnicas de inmersión, pulverización, pincel o deposición de vapor. El método más adecuado dependerá del tamaño de la placa, los tipos de componentes y su colocación, el volumen de producción y el presupuesto. Para lotes de producción pequeños, la aplicación con pincel o pulverizador suele ser el método más práctico.

Otra consideración a la hora de elegir el revestimiento de conformación para una PCB es la capacidad del material de revestimiento para adherirse al sustrato de la placa. Las placas de circuito impreso están disponibles en distintos materiales de sustrato y estos afectarán a la adhesión de los materiales de revestimiento. Además, la limpieza de la placa también influirá en la adherencia. Utilizar técnicas de limpieza como disolventes o un baño ultrasónico antes de aplicar el revestimiento de conformación puede reducir el riesgo de problemas de adherencia tras la aplicación.

Una vez elegido el material del revestimiento de conformación de la PCB, la siguiente consideración son los requisitos de grosor del mismo. Esta decisión requiere sopesar las ventajas e inconvenientes de un revestimiento fino o grueso. Por ejemplo, un revestimiento de conformación más delgado reduce el riesgo de agrietamiento o creación de puntos de estrés mecánico debido al movimiento diferencial. Sin embargo, es posible que no ofrezca la suficiente protección contra la humedad o la contaminación química, cosa que sí haría un revestimiento más grueso.

Otra consideración para el espesor del revestimiento de conformación es el coeficiente de expansión térmica. Este parámetro diferirá para cada tipo de revestimiento y puede variar drásticamente entre marcas. El coeficiente de expansión térmica del revestimiento puede ser un problema si la placa experimenta un ciclo de temperatura significativo y el revestimiento no se ajusta bien a la placa. Esta situación puede provocar fallos prematuros en los componentes debido a tensiones mecánicas. De nuevo, cada tipo de revestimiento tendrá un grosor recomendado, normalmente en el intervalo de las 25 a 250 micras.

Diseñar teniendo en cuenta el revestimiento de conformación

Incluir la especificación del revestimiento de conformación como parte del diseño eléctrico de la placa de circuito impreso ofrece ventajas a la hora de gestionar el proceso de fabricación. Herramientas como Altium Designer permiten que la especificación del revestimiento de confirmación sea una parte integral del diseño de la placa de circuitos. Esta función te permite compartir los detalles con un socio fabricante como parte de la revisión del diseño mediante la plataforma Altium 365 u otras rutas de exportación de datos, dependiendo del conjunto de herramientas que elijas.

Si quieres saber más sobre este proceso, echa un vistazo al vídeo que acompaña a este artículo.

Conclusión

Aplicar un revestimiento de conformación a tu PCB es imprescindible para proteger el dispositivo que estés diseñando de su entorno operativo, reducir las tasas de fallo y prolongar su vida útil. Sin embargo, elegir el material de revestimiento de conformación más adecuado para tu PCB requiere encontrar un equilibrio entre las propiedades protectoras de cada tipo y tus necesidades y los aspectos prácticos de la aplicación. Por ejemplo, algunos materiales solo son adecuados para la producción comercial en serie, mientras que otros son ideales para desarrolladores de placas a nivel de aficionado con un presupuesto ajustado e instalaciones limitadas.

Para ayudarte a tomar esta decisión, Altium Designer te permite crear una capa en la placa para el revestimiento de conformación y especificar qué material de revestimiento debe aplicarse a qué zonas de la placa. Esta información puede compartirse fácilmente con el fabricante de la placa durante el proceso de diseño para identificar posibles inconvenientes y resolver los problemas de compatibilidad.