Come Predisporre la Vostra Scheda PCB per il Desgassamento nei Sistemi ad Alto Vuoto

Avete sicuramente già sentito la frase "non fare il guastafeste", vero? Quando ero al liceo suonavo il sassofono nella banda musicale. Beh, una notte stavamo partecipando ad una manifestazione quando si è messo a piovere per due chilometri durante la marcia di 4 chilometri. Abbiamo dovuto correre immediatamente alla ricerca di un riparo. Tutto quel duro lavoro rovinato da un po' di pioggia. Sulla Terra, la pioggia e l'umidità ci costringono a cercare un rifugio, ma la bassa pressione può rovinare definitivamente i nostri piani nello spazio. Si potrebbe non pensare alla formazione di condensa nel vuoto dello spazio, ma molte attività spaziali sono soggette a complicazioni a causa del vapore rilasciato durante un processo chiamato "degassamento". Questo è un fenomeno che si verifica in ambienti quasi vuoti e può compromettere gli strumenti vicini. Se state progettando circuiti stampati per il vuoto ultra alto (UHV), è necessario capire come ridurre il degassamento sulla vostra scheda. In un sistema ideale saremmo in grado di eliminare il degassamento, ma poiché nulla è perfetto, è importante predisporre alcune strategie di prevenzione per affrontarlo quando si verifica.

Cos'è il Degassamento e Perché è così Importante?

Quando sono poi andato al college sono passato dal sassofono al fagotto. Se non sapete di cosa si tratta, non siete gli unici. Potreste inoltre non avere mai sentito parlare di cosa sia il degassamento dei PCB. Il degassamento si verifica quando i gas intrappolati nei materiali vengono aspirati dal vuoto (UHV). Questo può diventare un problema per i PCB dato che sono composti da diversi materiali porosi. Questi materiali altamente permeabili spesso contengono un po' di aria o altri vapori in seguito al processo di produzione. Il degassamento può avere un effetto considerevole sulle missioni spaziali. Quando la scheda viene esposta al vuoto dello spazio, i vapori vengono espulsi e possono condensarsi sulle superfici vicine.

Il problema del degassamento è che produce condensa che potrebbe depositarsi sui sensori ottici e falsificare i dati misurati. Questo rappresenta un problema soprattutto per le sonde spaziali progettate per misurare le atmosfere cometarie, dove il degassamento può raggiungere un livello più alto dell’impronta rilasciata della cometa.

Persino i più innocui vapori, come il vapore acqueo, potrebbero interferire con le missioni. Questi rischi potrebbero rovinare un intero esperimento di una missione spaziale. È proprio per questo motivo che la NASA rilascia ufficialmente dei consigli appositi per ridurre il degassamento e delle linee guida per testare i materiali contro il degassamento. Tuttavia, anche seguendo alla lettera queste linee guida, le vostre PCB saranno comunque soggette al degassamento, seppur in lieve entità. Ecco perché non è sufficiente concentrarsi solo sui limiti di un componente ma anche sulle eventuali prevenzioni applicabili.

^{Lenti ed Altri Equipaggiamenti possono essere Contaminati dal Degassamento}

Ridurre il Degassamento

In seguito al Degassamento, devono trascorrere diversi giorni prima che tutti gli strumenti siano nuovamente asciutti. Chiaramente non è possibile asciugarli manualmente in alcun modo. Fortunatamente, esiste un metodo per prevenire il degassamento durante la produzione, oltre alla scelta di materiali meno soggetti al degassamento.

I produttori hanno pensato di infornare letteralmente i PCB per rimuovere ogni traccia di umidità. L’acqua intrappolata nelle schede può evaporare e degassare durante la saldatura, causando degli evidenti malfunzionamenti. Stiamo parlando della stessa umidità che causa il degassamento nello spazio. Per ridurre il rischio di degassamento nel vuoto basterà solamente infornare le schede nel vuoto. Con questo procedimento vi sarà presente un livello di umidità il più basso possibile.

La scelta del miglior materiale termoresistente è fondamentale quando si sta cercando di ridurre il degassamento. Assicuratevi quindi che stiate pensando di costruire una scheda con i materiali più adatti al vostro contesto, come i Rogers Corporation’s RT/duroid series. Alcuni materiali flessibili, come il Kapton, presentano anche delle ottime caratteristiche per quanto riguarda la prevenzione del degassamento.

Iniziate i vostri esperimenti con il piede giusto scegliendo unicamente i materiali pensati per il vuoto. Dite poi al vostro fornitore di infornare le schede sotto vuoto per rimuovere la maggior parte di umidità dalle vostre schede.

^{Predisponete un Percorso  per I Gas} 

Mitigare il Degassamento

A volte non è possibile evitare completamente una brutta situazione, ma anche nel caso di un evitabile temporale ci si porta sempre dietro un ombrello per non bagnarsi troppo. Anche utilizzando i migliori materiali e il migliore processo di produzione delle schede, è ancora possibile che le vostre schede soffrano di degassamento. Ecco perché dovreste comunque predisporre delle strategie apposite per assicurarvi il funzionamento della scheda anche se qualcosa dovesse andare storto. Per esempio, gli effetti del degassamento possono essere ridotti al minimo se viene aspirato fuori il vapore dagli strumenti o vengono utilizzati degli elementi riscaldanti.

Il degassamento è problematico soprattutto per le lenti e gli altri strumenti ottici. Quindi, se credete che la vostra scheda rilascerà un po’ di vapore, cercate di allontanarlo in qualche modo dalle superfici sensibili. Potreste progettare un percorso apposito per i gas in modo tale che vengano rilasciati nello spazio o in luogo dove non possono recare alcun danno.

Se poi non siete completamente sicuri di riuscire a mantenere le distanze tra la condensa e gli strumenti più delicati, allora potreste predisporre degli elementi riscaldanti per eliminare qualsiasi presenza di condensa. Se il circuito termico della vostra PCB si trova su una navicella spaziale, potreste semplicemente spostare le superfici sensibile in direzione del sole.

Per quanto il degassamento possa essere noioso da prevenire, potreste evitare che riesca a “guastarvi la festa”. Solo utilizzando i materiali più adatti ed infornandoli sotto vuoto, potrete minimizzare le possibilità di degassamento. Inoltre, se volete proteggere ulteriormente i componenti più critici per la missione, potete anche predisporre un percorso da far seguire ai gas, oppure potete usare il calore per liberare qualsiasi superficie colpita dai gas.

La progettazione per gli ambienti ad alto vuoto (UHV) può diventare molto difficile, ma la progettazione dei circuiti non deve assolutamente esserlo. Altium Designer^® è tra i migliori strumenti di progettazione professionale di PCB, e vi farà dormire sonni tranquilli. Il suo fantastico insieme di strumenti vi aiuterà a costruire PCB che siano pensate per essere usate a terra o nello spazio.

Avete altre domande riguardo il degassamento? Rivolgetevi ad un esperto di Altium.