Proteggere il Tuo Circuito

Il design dei PCB è un processo complesso che dipende da molti fattori. Gli ingegneri sono solitamente incaricati di cercare soluzioni economicamente vantaggiose mantenendo alta l'affidabilità dei loro prodotti finali. Sebbene l'aggiunta di una gamma di misure protettive alla tua scheda elettronica possa aumentare il costo per unità, può anche ridurre notevolmente i tassi di guasto sul campo, che comportano i propri costi di assistenza e sostituzione. In molti scenari, il costo aggiuntivo per unità sarebbe insignificante se confrontato con i costi di assistenza e sostituzione, trasformando così la protezione del circuito in un meccanismo indispensabile per risparmiare denaro.

In questo articolo, daremo un'occhiata ai dispositivi protettivi che puoi aggiungere al tuo circuito che non solo aiuteranno a renderlo più tollerante agli errori dell'utente, alla scarsa qualità dell'alimentazione e agli eventi imprevisti, ma garantiranno che sia più probabile superare i test di conformità. Esamineremo i problemi di sicurezza comunemente incontrati uno alla volta, iniziando dall'interferenza elettromagnetica.

Interferenza Elettromagnetica (EMI)

Ridurre l'energia elettromagnetica irradiata è fondamentale per soddisfare i regolamenti di conformità alla compatibilità elettromagnetica. Inoltre, poiché l'interferenza elettromagnetica funziona in entrambe le direzioni, i dispositivi devono essere progettati con la capacità di far fronte all'interferenza in arrivo. Per la maggior parte dei dispositivi, i circuiti di protezione per ingressi e uscite saranno gli stessi, quindi ciò che ti permette di superare un test di conformità è probabile che ti protegga anche dal raccogliere energia che danneggerà l'integrità del segnale nel tuo prodotto.

Oltre ai soliti requisiti di conformità alla compatibilità elettromagnetica, potresti essere impegnato nella progettazione di un dispositivo che si trova in un ambiente industriale pieno di grandi correnti dirette a motori o altri dispositivi energivori, o vicino a un potente dispositivo radio. I cavi collegati al tuo dispositivo potrebbero raccogliere una tensione significativa dai campi indotti, rendendo le letture dei sensori inaffidabili o le comunicazioni difficili. Ancora peggio, il tuo dispositivo potrebbe essere collegato a un binario di alimentazione che alimenta anche questi dispositivi elettricamente rumorosi, permettendo all'interferenza elettromagnetica di farsi strada direttamente nel tuo circuito attraverso la connessione di alimentazione.

Chip di Ferrite

Il bead di ferrite, o chip (montaggio superficiale), è uno dei metodi di protezione più economici e semplici che puoi aggiungere alla tua scheda elettronica. L'umile ferrite sopprime il rumore ad alta frequenza nel punto in cui è posizionato, proteggendo entrambi i lati dal rumore generato dall'altro lato. Qualsiasi cavo conduttivo collegato al tuo dispositivo è un'antenna, a meno che non disponga di un'efficace schermatura. Questo cavo può raccogliere rumore dall'ambiente e può anche irradiare rumore dal tuo circuito.

Un chip di ferrite agisce come un filtro passa-basso nel tuo circuito, creando un'alta resistenza ai segnali ad alta frequenza. Una specifica critica nella selezione di un chip o bead di ferrite è la sua impedenza a determinate frequenze, che viene comunemente misurata a 1MHz o 100MHz. Questa specifica sarà in ohm, poiché il chip di ferrite apparirà ai componenti del segnale della frequenza specificata come una resistenza di questo valore.

Un'altra specifica critica per il tuo circuito è la Resistenza in Corrente Continua (DCR(MAX)), che rappresenta la resistenza in serie del ferrite a un segnale in corrente continua. Questa resistenza in serie è importante, poiché avrà un impatto sul tuo circuito, e se stai cercando di far passare una grande corrente lungo il conduttore in serie con il ferrite, potresti scoprire che il ferrite si riscalda molto—da qui la specifica della corrente nominale, che è importante considerare in tali casi.

I bead/chip di ferrite dovrebbero essere usati liberamente su conduttori a bassa frequenza e in corrente continua per ridurre l'impatto sia del rumore irradiato che ricevuto sui cavi. Potresti anche considerare di usarne uno localmente in serie alla linea di alimentazione di un componente sensibile sulla tua scheda circuitale, come quelli presenti nei circuiti analogici che lavorano con segnali a tensione molto bassa, dove il rumore nella linea di alimentazione potrebbe trasferirsi nel segnale.

Filtro Pi

Mentre i chip di ferrite agiscono come alta resistenza a un segnale in corrente alternata, gli induttori forniscono alta impedenza. Gli induttori sono meno comunemente usati per proteggere gli ingressi o le uscite dei dispositivi rispetto ai bead di ferrite, tuttavia, se abbinati a due condensatori, possono essere uno strumento potente per ridurre il rumore condotto. Il filtro Pi prende il nome dalla lettera greca π, con un induttore in cima e i due lati costituiti da condensatori. Questo crea un filtro passa-basso molto efficace, con i due condensatori che agiscono come disaccoppiamento e l'induttore che fornisce alta impedenza ai segnali.

Se il tuo dispositivo riceve alimentazione da una fonte potenzialmente rumorosa, o ha al suo interno un grande alimentatore a commutazione, un filtro Pi sull'ingresso è probabile che fornisca una significativa riduzione dei problemi di EMI. Gli induttori tipicamente hanno un'impedenza molto maggiore e capacità di gestione della corrente rispetto ai chip di ferrite, e anche una resistenza in serie inferiore. Se il tuo conduttore ha diversi ampere che lo attraversano, o sta riscontrando una quantità significativa di rumore, allora un filtro Pi probabilmente fornirà una protezione migliore rispetto a un chip di ferrite.

La maggior parte degli induttori a montaggio superficiale, avvolti su filo, con nucleo di ferrite sono disponibili in una versione schermata. Poiché stai utilizzando l'induttore per ridurre il rumore, gli induttori schermati offrono una protezione aggiuntiva.

Resistore di Terminazione in Serie

Se hai una linea di segnale con una frequenza superiore a qualche centinaio di kilohertz, potresti voler considerare l'aggiunta di un resistore di terminazione da 50ohm alle linee per fornire un adattamento di impedenza e ridurre le riflessioni. Sulle linee di trasmissione digitale, le riflessioni da un segnale terminato in modo non corretto possono creare ambiguità nel livello logico, che risulta in dati corrotti. Sulle linee analogiche, le riflessioni possono causare perdita di potenza ed effetti fantasma nel segnale.

Sebbene questo non sia tanto un metodo di protezione quanto una buona pratica di progettazione, vale la pena menzionarlo qui.

Scudo RF

Se stai progettando un prodotto RF, un circuito che gestisce segnali di sensori a tensione molto bassa, o uno in un ambiente elettromagnetico molto avverso, la soluzione definitiva per ridurre massicciamente l'interferenza elettromagnetica è racchiudere la tua circuiteria in uno schermo RF. Lo schermo RF è collegato a terra, impedendo a qualsiasi interferenza elettromagnetica di penetrare in, o uscire dai conduttori esposti e dai componenti del tuo circuito. Inoltre, un solido collegamento a terra ben progettato nella PCB, a cui sono montati i componenti, impedirà al rumore di sfuggire o entrare dal lato inferiore. Tuttavia, il rumore può e entrerà ed uscirà tramite i conduttori verso la circuiteria schermata. Altre misure, come i chip di ferrite, possono alleviare il rumore condotto.

Gli schermi RF possono essere acquistati in una gamma di dimensioni e sono abbastanza economici da essere realizzati su misura, anche per un basso volume di 100 unità.

Se non sei sicuro che la tua scheda abbia bisogno o meno di uno schermo RF, è molto più facile progettarne uno sulla PCB e non posizionarlo che non dover rivedere la scheda e aggiungere un modello di atterraggio per uno. Questo ti permette di scegliere di non usare lo schermo RF se si dimostra non necessario durante i test.

Polarità Inversa

A differenza dei film di fantascienza, quando il capitano o l'ingegnere urla "inverti la polarità", tipicamente in una battaglia o altra circostanza disperata, invertire la polarità dell'alimentazione nel mondo reale è più probabile che rilasci il fumo magico che generi un campo di forza. Se un utente utilizza il tipo sbagliato di cavo di alimentazione o il connettore di ingresso non è polarizzato, può essere facile invertire la polarità dell'alimentazione al tuo dispositivo, il che potrebbe friggere ogni componente nel tuo circuito.

Fortunatamente, proteggersi dagli eventi di polarità inversa è facile.

Diode di Ingresso

Il modo più semplice per aggiungere protezione dalla polarità inversa è semplicemente aggiungere un diodo in serie con il tuo conduttore positivo. Il diodo condurrà solo in avanti, quindi se gli ingressi sono collegati in modo errato, non scorre corrente.

Ci sono alcuni svantaggi importanti in questo approccio, e sono legati alla caduta di tensione in avanti del diodo. Se stai alimentando il tuo dispositivo con la tensione esatta di cui ha bisogno per funzionare, il diodo può abbassare la tensione al di sotto del punto in cui il tuo dispositivo opererà in modo affidabile.

Se il tuo dispositivo consuma una quantità moderata di energia, il diodo può surriscaldarsi poiché dissipa energia proporzionale sia all'entità della corrente che alla caduta di tensione in avanti. Se scegli un diodo che ha una capacità sufficiente per gestire questo riscaldamento, potrebbe fornire abbastanza calore alla scheda di circuito da causare il funzionamento inaffidabile di altri componenti, o ridurre la durata del dispositivo a causa dell'aumento della dissipazione termica all'interno di un involucro.

Se il tuo dispositivo è alimentato a batteria, il diodo di ingresso ridurrà la durata del servizio della batteria o della carica a causa della perdita di efficienza dalla maggiore dissipazione del diodo. Questo comporterà la necessità di una batteria più grande, più pesante e più costosa per fornire lo stesso tempo di funzionamento.

Quindi, un diodo di ingresso è generalmente solo una buona soluzione per un dispositivo a bassa corrente che ha una tensione di funzionamento inferiore alla sua tensione di ingresso. Un buon esempio di ciò sarebbe un circuito di microcontrollore di base che opera a 3.3v o inferiore alimentato da un cavo USB.

Raddrizzatore a Ponte

Se la caduta di tensione diretta di un diodo e il relativo calore/inefficienza non rappresentano un problema per la tua applicazione, puoi anche ignorare completamente la polarità utilizzando un raddrizzatore a ponte sull'ingresso. Un semplice raddrizzatore a ponte garantirà che tu abbia sempre affidabili binari di tensione positiva e negativa (o di terra), indipendentemente dal modo in cui l'alimentazione viene fornita al dispositivo.

Ho utilizzato questo approccio in dispositivi ultra-miniaturizzati a bassissima potenza dove un utente avrebbe fornito la propria alimentazione saldando i fili alla scheda. La possibilità di errore da parte dell'utente era alta, e l'inefficienza del raddrizzatore a ponte aveva un impatto trascurabile sul dispositivo o sull'applicazione specifica.

MOSFET

A differenza del diodo sopra, un MOSFET ha una resistenza allo stato acceso molto bassa e può fornire protezione dalla polarità inversa per circuiti in corrente continua che consumano centinaia di ampere, o protezione dalla polarità inversa molto efficiente per circuiti alimentati a batteria. A causa della bassa resistenza allo stato acceso, non vi è praticamente alcun ulteriore onere termico sul circuito.

Puoi utilizzare un MOSFET per la protezione dalla polarità inversa a condizione che il circuito abbia un unico terminale di alimentazione positiva (utilizzando un MOSFET a canale P) o un unico percorso di ritorno a terra (utilizzando un MOSFET a canale N). Se un arrangiamento di dispositivi connessi o ingressi di tensione alternativi dovesse creare un percorso di alimentazione o di ritorno alternativo, questo approccio non sarà applicabile.

Un MOSFET a canale N presenta una RDS(ON) inferiore rispetto a un canale P allo stesso prezzo, il che lo rende la soluzione preferita per me dove applicabile. Nei dispositivi che necessitano di avere il percorso di ritorno a terra connesso in ogni momento, tuttavia, un MOSFET a canale P è comunque una soluzione ad alte prestazioni molto elevata rispetto a un diodo.

Per aggiungere protezione dalla tensione inversa con i MOSFET, possiamo sfruttare un paio delle loro proprietà. In primo luogo, il diodo di corpo che consente la conduzione dai pin di sorgente a quelli di drenaggio, e in secondo luogo, il fatto che i MOSFET possono condurre corrente in entrambe le direzioni una volta che il gate è carico.

MOSFET a Canale N

Un MOSFET a canale N è installato sul percorso di ritorno a terra, al collegamento di alimentazione con il diodo di corpo orientato a condurre quando il circuito è alimentato dalla polarità corretta. Il gate è poi connesso al binario di tensione di ingresso positivo dell'alimentazione al dispositivo. Il diodo di corpo completa il circuito quando l'alimentazione di polarità corretta è connessa, permettendo al gate di essere attivato e di cortocircuitare il diodo di corpo.

MOSFET a Canale P

La configurazione per il MOSFET a canale P è sostanzialmente l'inverso del canale N. Il diodo di corpo è orientato a condurre corrente dall'alimentazione positiva al resto del circuito, con il gate connesso a terra. Quando viene applicata la polarità corretta di tensione, il gate diventa basso e carica il MOSFET, che cortocircuita il diodo di corpo, causando la normale conduzione del MOSFET, completando il circuito.

Sovracorrente

Se il tuo prodotto ha cavi o dispositivi che potrebbero consumare molta corrente se messi in uno stato errato (come un motore bloccato), la protezione da sovracorrente potrebbe salvare la situazione. I cavi potrebbero rompersi internamente o potrebbero essere danneggiati da forze esterne che causano il cortocircuito dei conduttori, inducendo un alto carico di corrente sulla tua scheda. Questo può rapidamente riscaldare le tracce che non erano intese per quel carico, causandone il fallimento, o sovraccaricare un alimentatore o altro dispositivo collegato a quei conduttori.

Fusibile Resettabile

Un fusibile a Coefficiente di Temperatura Positivo (PTC) è un dispositivo di protezione che garantisce l'interruzione dell'alimentazione del tuo circuito se l'assorbimento di corrente supera il suo valore nominale. Dopo che l'assorbimento di corrente torna alla normalità, il fusibile inizia nuovamente a condurre. Se le tue esigenze di corrente superano circa 10ampere, o la tua tensione supera i 60V, allora i fusibili resettibili non fanno per te e dovrai considerare opzioni alternative come i fusibili in vetro o ceramica. Questi fusibili offrono un'eccellente protezione per dispositivi ad alta corrente, tuttavia, come la maggior parte delle misure protettive, hanno alcuni svantaggi.

I fusibili resettabili sono creati avendo particelle conduttive legate strettamente all'interno di un riempitivo plastico. Quando il fusibile è a una temperatura normale, c'è una grande quantità di materiale conduttivo che crea un percorso per la corrente da fluire attraverso il dispositivo con una resistenza moderata. Man mano che la corrente aumenta, il fusibile si riscalda causando l'espansione della plastica. Di conseguenza, questa espansione inizia a separare le particelle conduttive, il che aumenta la resistenza, causando al fusibile di riscaldarsi esponenzialmente più velocemente. Il fusibile raggiunge un punto in cui solo una piccola quantità di corrente è in grado di mantenere la plastica abbastanza calda da mantenere uno stato stazionario di bassa conducibilità.

Questo stato stazionario è, a mio parere, il più grande svantaggio del fusibile. La più piccola corrente di mantenimento in un dispositivo a montaggio superficiale che sono riuscito a trovare sul mercato è di 10mA, che corrisponde a un'interruzione a 21mA a temperatura ambiente. Questo è un intervallo piuttosto ristretto, e un dispositivo che lo farebbe scattare a 21mA potrebbe continuare a funzionare in uno stato degradato a 10mA, il che potrebbe causare danni. Nei fusibili PTC a montaggio superficiale, avere la corrente di mantenimento pari alla metà della corrente di interruzione è abbastanza comune, quindi dovresti assicurarti che se il tuo dispositivo va a danneggiarsi alla corrente di interruzione, non si danneggi anche alla metà della corrente di interruzione. Se potesse danneggiarsi alla metà della corrente di interruzione, dovrebbe avere un altro metodo per spegnersi una volta rilevato questo stato per prevenire danni.

Fusibile in Vetro/Ceramica

Se il tuo dispositivo è costruito in modo tale che il raggiungimento di una soglia di corrente significhi definitivamente che qualcosa è andato terribilmente storto, un fusibile in vetro o ceramica potrebbe essere la soluzione migliore. Un fusibile a soffiaggio rapido può fallire entro millisecondi dal superamento della corrente nominale, mentre un fusibile a soffiaggio lento può permetterti di superare temporaneamente il limite di corrente di una piccola quantità se necessario, come per la corrente di inrush.

I fusibili non resettibili sono una soluzione piuttosto definitiva, tuttavia, proteggeranno solo da correnti che superano la valutazione del fusibile. Solo una settimana fa, ho visto una scheda di alimentazione di laboratorio di un marchio molto prestigioso che aveva un fusibile intatto, eppure la scheda era fortemente annerita in diversi punti. Un MOSFET sulla scheda aveva fallito, per quale motivo, e quel guasto ha messo troppo carico sul resto dei MOSFET dell'H-Bridge che sembravano essere falliti in una rapida e infuocata successione. Eppure, il fusibile del dispositivo non ha fatto nulla poiché ogni singolo MOSFET stava fallendo sotto un carico inferiore a quello per cui il fusibile era valutato.

Se stai pianificando di usare un fusibile, puoi acquistare fusibili a montaggio superficiale che non sono riparabili dall'utente, oppure puoi acquistare portafusibili per fusibili facilmente reperibili che possono essere riparati dall'utente. Tipicamente, preferisco rendere i fusibili non riparabili dall'utente, poiché costringe il cliente a restituire la scheda a te, il che ti permette di indagare sul motivo per cui il fusibile si è bruciato in primo luogo. Ti permette di capire se la condizione di corrente che ha causato il soffio del fusibile è stata causata da un componente degradato, o al contrario, il prelievo di corrente stesso ha causato un componente degradato. Semplicemente sostituendo il fusibile e riaccendendo il dispositivo potrebbe risultare nel fusibile che salta immediatamente di nuovo, o peggio, il componente degradato potrebbe fallire al di sotto della soglia del fusibile e causare danni molto più significativi al tuo dispositivo. Alcune persone odiano i fusibili che devono essere riparati dal fornitore, ma potrebbero prevenire la necessità per il fornitore di sostituire una scheda circuitale del valore di centinaia di dollari se sono in grado di indagare sulla causa del fallimento del fusibile.

Scarica Elettrostatica (ESD)

Se vivi in una regione del mondo a bassa altitudine e alta umidità, allora l'ESD potrebbe non essere qualcosa che entra facilmente nel tuo processo di progettazione. Se visiti una città ad alta altitudine o a bassa umidità come Denver o Calgary, ti troverai a dare scosse a tutti e tutto intorno a te con fulmini che escono dalle tue dita. Solo perché vivi in un ambiente piacevole dove decine di migliaia di volt non si accumulano sulla tua pelle per scaricarsi alla prima occasione possibile non significa che il tuo prodotto non finirà lì. Un tocco involontario da parte di un utente che stava camminando su un tappeto o si stava togliendo una giacca che gli ha dato una grande carica statica, e il tuo dispositivo potrebbe essere distrutto o seriamente danneggiato.

Fornire un'eccellente protezione ESD è un argomento piuttosto ampio, quindi questo articolo coprirà solo le opzioni rapidamente, un altro articolo che copre in profondità la protezione ESD sarà pubblicato presto.

Diodo TVS

Uno dei metodi più economici e affidabili di protezione ESD per gli ingressi è il diodo TVS. I diodi TVS offrono anche un'eccellente protezione contro le tensioni transitorie inaspettate.

Su molti dispositivi che progetto, aggiungo un diodo TVS a ogni ingresso che un utente potrebbe toccare, o avvicinarsi a toccare con un dito. Una scarica di 22kV dovrebbe essere in grado di saltare circa un divario di 20mm, quindi semplicemente avere pin su un connettore inserito non è garantito per proteggere dall'ESD. I diodi TVS sono economici, compatti e facili da aggiungere a un progetto, quindi c'è pochissimo motivo per non usarli. Ci sono molti dispositivi disponibili che non disturberanno le comunicazioni ad alta frequenza come USB 3.0, consentendo loro di essere utilizzati su tutte le connessioni.

TRANSLATE:

Mentre menziono che un diodo TVS potrebbe non sopravvivere a un evento di scarica elettrostatica molto grande, avere un diodo economico su ogni linea ti permetterà di sopravvivere alla grande maggioranza delle scariche senza la grande spesa di un tubo a scarica di gas. Ho sentito alcuni ingegneri dire che non si dovrebbe sprecare denaro per la protezione ESD perché potrebbe non proteggere il circuito da tutti gli eventi, tuttavia, il fatto che protegga contro almeno il 95% di essi è sufficiente per me.

Interruttori a Tubo a Scarica di Gas

I tubi a scarica di gas non sono particolarmente adatti per proteggere direttamente un ingresso di microcontrollore esposto su una connessione, ma sono piuttosto eccezionalmente buoni nel proteggere gli ingressi della corrente alternata o le apparecchiature di telecomunicazione da ESD e persino fulmini. Se hai bisogno di spostare una quantità enorme di energia a terra in fretta, un tubo a scarica di gas è proprio ciò che stai cercando.

I tubi a scarica di gas funzionano perché la tensione tra il suo ingresso e la terra ionizza il gas all'interno. Una volta raggiunta questa soglia, il gas ionizzato è in grado di condurre molto più corrente di quanto un dispositivo al silicio della stessa dimensione sia capace.

Come ho detto, questi non sono particolarmente utili per proteggere il tuo microcontrollore—le quantità di tubi a scarica di gas in stock per tensione di scintilla mostrano chiaramente il motivo. Circa il 20% ha una tensione di scintilla inferiore a 100V, il 20% tra 150V e 250V, il 20% tra 250V e 350V, un altro 20% è tra 350V e 1000V con il resto che supera i 1000V. Questo ti dà una buona idea dell'applicazione—sono comunemente usati con dispositivi a 110V, dispositivi a 240/250V, dispositivi a 380/400V e altri dispositivi, con solo un paio di opzioni disponibili per dispositivi sotto i 90V. Ciò rende l'ingresso del tuo microcontrollore a 3.3v probabilmente destinato a bruciarsi per la tensione e la corrente se un tubo a scarica di gas deve arrestare l'energia in arrivo.

Se hai un dispositivo di telecomunicazione, o un dispositivo collegato alla corrente alternata che dovrebbe avere la capacità di gestire un evento ESD da un installatore o fulmini, il GDT potrebbe fare al caso tuo. I tubi a scarica di gas a basso costo possono gestire facilmente 5.000ampere, e sono disponibili opzioni compatte che offrono fino a 25.000ampere.

Per gestire così tanta corrente, è necessario riflettere seriamente sulla tua connessione di terra intorno al tubo a scarica di gas per assicurarti di non proteggere la scheda vaporizzando il percorso di ritorno a terra.

Caratteristiche del PCB

La protezione ESD del pover'uomo può essere costruita senza componenti esterni. Un'alta tensione vuole farsi strada verso la terra il più rapidamente ed efficientemente possibile e ionizzerà felicemente un po' d'aria per creare un percorso conduttivo per arrivarci. Creando un paio di triangoli che si puntano a vicenda sulla scheda del circuito, uno dal pin del connettore da proteggere, e l'altro sul piano di massa, puoi creare un semplice spazio di scintilla. Con un divario sufficientemente ampio che un evento ESD potrebbe facilmente scavalcare ma il normale funzionamento del dispositivo non lo farebbe, puoi fornire una protezione rudimentale per la tua scheda elettronica.

Nonostante la facilità d'uso, alcuni ingegneri si chiedono se valga la pena progettare gli spaziatori a scintilla poiché presentano alcuni svantaggi. Come per il tubo a scarica di gas, la tensione di scintillio è relativamente alta rispetto a una tensione di livello logico. Questo significa che lo spazio a scintilla probabilmente non proteggerà in modo sufficiente l'ingresso o l'uscita del microcontrollore o di altri dispositivi a livello logico dall'evento ESD. Avere un conduttore e una massa esposti e vicini tra loro può anche permettere alla contaminazione di potenzialmente attraversare lo spazio e condurre corrente, il che potrebbe distorcere un segnale o degradare la funzionalità della connessione, se non addirittura danneggiare qualcosa.

A seconda della tua applicazione, potrebbe essere prudente incorporare uno spazio a scintilla nei tuoi connettori, tuttavia, in altre applicazioni potrebbe essere una strada verso il fallimento prematuro del dispositivo.

Protezione Post Produzione

Non tutta la protezione che applichi alle tue schede circuito è solo nel circuito. Potresti anche dover applicare una sostanza alla scheda per garantire che sia protetta dalla corrosione e dall'umidità o per migliorare la protezione elettrica complessiva.

Rivestimento Conformale

Il rivestimento conformale è meraviglioso per le schede circuito che saranno esposte a molte sfide ambientali. Le schede circuito con rivestimento conformale saranno resistenti all'umidità o impermeabili, e immuni alla polvere o ad altri detriti, creando cortocircuiti sulla scheda, e anche resistenti alla corrosione atmosferica. Il rivestimento conformale può aiutare con circuiti esposti a vibrazioni moderate fornendo adesione e stabilità aggiuntive ai componenti montati sulla scheda.

Il rivestimento conformale può essere spruzzato sulla scheda o spalmato su di essa, a seconda della geometria che devi coprire, sia in termini di superficie che di complessità. Non vorrai ottenere rivestimento conformale su connettori o aree a cui devi saldare i fili, poiché impedirà il contatto elettrico. Una buona percentuale di produttori su contratto specializzati in schede circuito per ambienti difficili o che svolgono molto lavoro secondo specifiche militari avranno le strutture per spruzzare roboticamente il rivestimento conformale sulla tua scheda circuito per te. Se lavori con volumi bassi, è relativamente veloce applicarlo a mano.

Incapsulamento

Se pensavi che il rivestimento conformale suonasse bene, amerai l'idea di incapsulare l'elettronica. L'incapsulamento si riferisce tipicamente al riempimento dell'involucro della tua scheda circuito con una resina non conduttiva come silicone o epossidica che isola completamente la tua scheda circuito da mani indiscrete e aumenta notevolmente la capacità del dispositivo di resistere a urti e vibrazioni. Se lavori con alte tensioni, sostituire l'aria con una sostanza molto meno conduttiva può permetterti di avere spazi di fuga più piccoli tra i componenti oltre a ridurre le possibilità di fallimento poiché l'aria diventa ionizzata dalla tua alta tensione. L'elettronica incapsulata sarà tipicamente impermeabile all'ambiente in cui è collocata, con la resina che agisce come barriera contro polvere, umidità e agenti corrosivi.

È molto probabile che tu consideri l'incapsulamento dell'elettronica se hai un requisito per:

• Design a prova di esplosione (cioè, nessuna possibilità che il tuo dispositivo crei un'esplosione in un'atmosfera volatile.)
• Alta tensione.
• Gestione di alta vibrazione o urto.
• Condizioni ambientali estreme (ad es., corrosione, umidità, pressione, vuoto)

Se sigillate il vostro dispositivo con una resina come l'epossidica, che è praticamente impossibile da rimuovere da ogni componente, non dovrete preoccuparvi che qualcuno possa fare l'ingegneria inversa del vostro prodotto, poiché sarà improbabile che riescano ad accedere alla scheda e ai componenti.

Uno svantaggio è che sarà praticamente impossibile anche per voi accedere alla scheda e ai componenti. Questo significa che una scheda non può essere riparata o diagnosticata una volta che è stata sigillata, quindi se una scheda si guasta una volta che l'utente la riceve, l'unica opzione sarà una sostituzione completa.

L'altro svantaggio è la scarsa conduzione termica. Esistono resine termicamente conduttive disponibili, che possono offrire una migliore dissipazione del calore, tuttavia, queste possono essere piuttosto costose. Incapsulare completamente la vostra scheda circuito in una sostanza che non conduce né calore né aria causerà il fallimento di qualsiasi dispositivo che necessita di dissipare notevoli quantità di calore a causa del surriscaldamento, rendendo anche l'uso di dissipatori di calore una sfida.

Sebbene abbiamo discusso i metodi di protezione dei circuiti rilevanti per la maggior parte delle persone, il design delle PCB è integrato in molte industrie diverse. Alcune applicazioni possono richiedere metodi di protezione più drastici, mentre altre potrebbero cavarsela con pochissima protezione. Fateci sapere cosa ne pensate nella sezione commenti qui sotto.

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