Revestimentos Protetores de PCB: As Melhores Práticas de Design e Fabricação de PCB para o Gerenciamento de Umidade

Uma vez, eu tinha um sistema de sensor externo com um revestimento protetor de PCB personalizado que parava de registrar dados por duas horas ao amanhecer todos os dias. Isso não era porque a placa precisava descansar sua beleza antes de começar a trabalhar durante o dia. Na realidade, a caixa do sensor estava coletando a condensação da madrugada e causando o mau funcionamento da placa. Obviamente, nunca nos ocorreu que nossa PCB poderia ser exposta à umidade quando implantada no campo. Embora isso não pareça uma boa situação, consideramos-nos sortudos por nada ter curto-circuitado e o sistema retomou sua operação normal uma vez seco.

É raro ter tanta sorte, mas agora sei que a umidade é uma razão muito comum para o mau funcionamento das PCBs. Agora que você sabe que a condensação pode matar, existem várias opções de revestimento protetor de PCB para lidar com o gerenciamento de umidade da PCB.

Mantenha suas placas secas - coloque-as em caixas de plástico!

Coloque suas PCBs em Invólucros

A solução mais simples para o gerenciamento de umidade em PCBs é colocar sua Placa Impressa em uma caixa. As caixas minimizam alterações no seu design de PCB e são relativamente baratas. Para um protótipo, isso pode ser tão sofisticado quanto um Tupperware selado com silicone. (Dica profissional: Use apenas Tupperware limpo. Batatas fritas e eletrônicos nunca devem se misturar.)

Você pode comprar caixas e estojos prontos com uma variedade de opções de vedação em quase qualquer tamanho.

Se você evoluir e projetar a caixa por conta própria, considere usar lados arredondados para que a condensação nas paredes escorra para longe do seu PCB. Inclua também ranhuras para segurar a Placa Impressa no lugar. Você deve projetar sua placa com uma margem suficiente para encaixar nas ranhuras sem tocar nos componentes.

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Você também pode incluir dessecante (sabe, os pacotes NÃO COMA de caixas de sapato e carne seca) para absorver a umidade na caixa.

Uma caixa selada é frequentemente uma solução fácil porque você precisará embalar seus eletrônicos de qualquer forma. No entanto, em algumas situações, isso simplesmente não é suficiente. Você provavelmente deveria considerar opções adicionais de proteção se:

• Você precisa de proteção rigorosa devido às condições ambientais,

• A caixa será reaberta regularmente

• Existem buracos na caixa para fiação ou outras considerações de I/O.

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Aplicar um Revestimento Conformal

Um revestimento conformal é a opção de proteção de PCB mais eficaz. Existem vários tipos, mas geralmente são baratos de aplicar e podem ser escalonados com a fabricação.

Antes de selecionar um material de revestimento conformal, determine se você precisa proteger contra algo além da umidade. Nossos sistemas foram implantados ao ar livre, às vezes perto de áreas agrícolas, então nos preocupamos com temperatura, clima inclemente e pesticidas que poderiam penetrar na caixa (que tivemos que reabrir frequentemente). Também tivemos um fungo surpresa em um sistema! Isso tornou o retrabalho das placas uma ocasião particularmente especial.

Ao escolher um revestimento conformal, você deve considerar estas propriedades:

• Resistência à umidade: É por isso que estamos todos aqui. A maioria dos revestimentos conformais será anunciada como proteção contra umidade. No entanto, qualquer espaço de ar na placa de circuito pode impactar a proteção contra umidade. Nem todos os revestimentos são criados iguais, então verifique as especificações do fabricante para ter certeza de que protegerá contra chuva, umidade ou quaisquer condições que você esteja esperando.

• Resistência química: Esta deve ser uma consideração primordial se pesticidas, água salgada ou outros produtos químicos corrosivos podem entrar em contato com sua placa de circuito. Nem todos os revestimentos protegerão contra todos os produtos químicos.

• Faixa de temperatura: Seu revestimento precisa sobreviver a grandes ou rápidas mudanças térmicas? Se sim, então seu revestimento precisa flexionar com a placa de circuito, para que não estresse ou trinque os componentes e a solda.

• Propriedades dielétricas: As propriedades dielétricas de alguns revestimentos podem ser tanto boas quanto ruins. A isolação proveniente do revestimento pode dar mais margem em um design ao reduzir o espaçamento. Por outro lado, as propriedades dielétricas de alguns revestimentos podem deixá-lo completamente na mão ao alterar a correspondência de impedância RF que levou semanas para otimizar.

• Facilidade de aplicação: Quem está aplicando o revestimento e quão bonito você quer que ele fique? Você pode pincelar ou pintar o revestimento, mas isso geralmente acaba sendo uma bagunça. Eu recomendo pulverizar ou mergulhar suas placas. Alternativamente, processos automatizados são mais consistentes em sua aplicação, embora sejam muito mais caros.
  Em uma startup, nós pulverizávamos todas as placas à mão. Frente da placa de manhã, o chefe nos levava para almoçar, e o verso da placa à tarde. Eu garanto por este cronograma.

• Flexibilidade: Se você tem bordas afiadas, muitas junções de solda ou outra topografia irregular na placa, você precisa de um revestimento que seja muito flexível e se distribua suavemente pela placa. Pergunte ao fornecedor sobre a viscosidade do revestimento e o fluxo para descobrir qual você precisa.

• Retrabalho: Os revestimentos são feitos para proteger a placa e não para sair facilmente. Se você antecipa algum retrabalho, escolha um revestimento que seja fácil de remover sem químicos obscuros ou solventes horríveis.

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Ninguém gosta de fazer reparos em suas placas!

A maioria dos materiais de revestimento são

• Silicones: Geralmente têm uma alta tolerância à temperatura e são fáceis de aplicar por conta própria. Eles são flexíveis e resistentes a muitas condições químicas e de umidade.

• Uretanos: Estes são ótimos quando você está procurando por uma resistência extrema. Isso inclui resistência a arranhões. Eles geralmente requerem removedores igualmente extremos se você quiser remover o revestimento e retrabalhar a placa.

• Vernizes: Estes possuem uma base de resina natural e vêm em uma enorme variedade de tipos. Eles têm uma igualmente grande variedade de tolerância a temperaturas, proteção contra umidade e flexibilidade.

• Acrílicos: São uma boa opção de proteção geral. Eles também têm a vantagem adicional de serem geralmente fáceis de remover da placa de circuito, se necessário.

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Miller-Stephenson, ACC Silicones, ElectroLube e HumiSeal todos oferecem boas visões gerais das suas opções quando você está definindo os produtos de revestimento.

Além disso, certifique-se de mascarar quaisquer componentes que não devem ser revestidos antes de começar a proteger suas placas.

Encapsule Seus Eletrônicos

Às vezes, você tem que apostar tudo na proteção, o que significa olhar para o encapsulamento. Isso envolve embutir toda a placa de circuito impresso em um material protetor, geralmente um epóxi ou silicone.

A vedação é geralmente feita no nível do componente, mas Placas Impressas em um ambiente marinho ou outro ambiente eletronicamente brutal podem precisar que toda a placa de circuito seja protegida. Quando você escala, precisará de um fabricante para fazer isso. Vazios ou lacunas de ar no material são difíceis de evitar e desfarão todo o trabalho que você fez para proteger sua placa.

Os requisitos de temperatura são uma consideração importante. Uma vez que toda a placa esteja embutida em epóxi, a compressão e expansão causadas por mudanças de temperatura podem tensionar as juntas de solda e componentes embalados. Se a tensão causar rachaduras, então você vai ter um problema sério; é realmente difícil retrabalhar sua placa depois que ela foi danificada. Empresas como Epic Resins e Master Bond têm opções com alta condutividade térmica e baixa expansão térmica para ajudar a prevenir esse tipo de problema.

Faça isso ser fácil para você!

Quando você projeta para a fabricação, a proteção da placa de circuito impresso é tão importante quanto a seleção de componentes. Caso contrário, você se encontrará como eu, caminhando por um pântano ao amanhecer para fazer medições manuais enquanto sua placa se reativa ao sol.

Para acompanhar as especificações do meu layout, criei planilhas enormes contendo o pitch e as derivações de temperatura. É terrível. Manter isso atualizado é quase tão ruim quanto recuperar sua Placa Impressa defeituosa de um pântano cheio de bugs ao entardecer. Assim que você espanta cada incômodo sugador de sangue, outro o substitui. Uma solução indolor é usar software profissional de design de PCB como o Altium Designer^®, onde você pode incorporar as especificações dos seus componentes em regras de design embutidas. Além disso, o complemento deles ajudará você a acompanhar as especificações dos seus componentes e verificar se eles são apropriados para um revestimento conformal específico de PCB ou epóxi. O Altium também pode verificar o espaçamento 3D para o seu invólucro enquanto você desenha. Usando essas ferramentas, você pode projetar seus PCBs com sucesso e facilidade, sem necessidade de esforço excessivo.

Para mais informações sobre como o seu software de Design de PCB pode ajudá-lo, contate um especialista na Altium Designer.