O Que Entra no Design de Eletrônicos Robustos?

Tente pesquisar por "eletrônicos robustos" na internet, e provavelmente você encontrará muitos vídeos de pessoas pisando em seus smartphones. Eletrônicos robustos precisam resistir a impactos mecânicos, mas há mais coisas envolvidas em um sistema robusto do que apenas sobreviver a uma queda no pavimento. Isso tem tanto a ver com o design da caixa quanto com a seleção de componentes e escolhas de fabricação.

Designers de mil-aero frequentemente usam o termo "ambiente severo" para descrever uma série de cenários onde a confiabilidade e a vida útil de um dispositivo eletrônico serão colocadas à prova. Se você quer tornar seu próximo produto verdadeiramente robusto, ajuda adotar algumas das estratégias deles no layout da sua PCB. Neste artigo, vamos olhar algumas das estratégias de design usadas em designs mil-aero, bem como estratégias usadas para designs industriais.

O que Qualifica como um Ambiente Severo em Eletrônicos Robustos?

O termo "ambiente", conforme definido em algumas normas da indústria, pode referir-se a qualquer coisa desde condições ambientais reais (temperatura, umidade, etc.) até o ambiente mecânico (por exemplo, vibração) ou ambiente elétrico (ruído, potencial para ESD). Eletrônicos robustos são tipicamente projetados para resistir a uma ou mais condições tipicamente encontradas em ambientes severos:

• Temperaturas excessivamente altas ou baixas
• Variação extrema e frequente de temperatura
• Umidade e pressão alta/baixa
• Vibração mecânica ou choque
• Descarga elétrica em alta tensão/corrente
• Partículas, como poeira
• Gases oxidantes ou explosivos

Esta é uma lista bastante extensa e impressionante. Geralmente, você não pode projetar um único dispositivo para resistir a todos os fatores na lista acima. Ambientes severos são difíceis de lidar simplesmente porque há uma ampla gama de fatores que podem destruir um dispositivo eletrônico. Esses problemas podem afetar a placa, os componentes, o PCBA como um todo, ou todos os anteriores.

Algumas Estratégias de Robustecimento

A tabela abaixo resume algumas das soluções que você pode implementar no seu projeto para torná-lo mais robusto e melhor resistir à lista acima de fatores ambientais.

A partir da tabela acima, deve ficar claro que a robustez vai além do nível da placa. Algumas soluções só podem ser implementadas no nível da placa, enquanto outras exigem considerar tudo, desde a placa até os componentes e o invólucro. Alguns dos padrões da indústria que regem essas soluções incluem:

• Padrão de Proteção contra Ingresso (IP), que limita a entrada de umidade em eletrônicos robustos
• MIL-S-901D, especificando requisitos de choque mecânico de alto impacto para equipamentos em navios
• MIL-STD-810G, especificando requisitos de teste para equipamentos militares que foram adotados comercialmente
• Associação Nacional de Fabricantes Elétricos (NEMA), especificando invólucros, armários e caixas
• Associação Nacional de Proteção contra Incêndio (NFPA), especificando uma gama de requisitos sobre eletrônicos em certos ambientes para garantir a supressão ou contenção de incêndios
• Atmosferas Potencialmente Explosivas (ATEX), NFPA 497 e HazLoc, especificando requisitos de design para prevenir explosão quando um dispositivo é implantado em um ambiente contendo gases explosivos

O Seu Invólucro e Estilo de Montagem Importam

Até agora, discutimos apenas o design elétrico, o layout físico e a PCBA. Obviamente, projetar eletrônicos robustos requer mais do que apenas colocar uma capa de plástico mais espessa ao redor da PCB e considerar o trabalho concluído. A caixa, o estilo de montagem da placa e os fixadores desempenharão um papel importante na determinação da confiabilidade e no combate a alguns dos fatores ambientais listados anteriormente.

Uma maneira simples de abordar choque mecânico e vibração ao lado de possíveis fatores elétricos/térmicos é usar uma montagem antichoque com um amortecedor de vibração. O amortecedor mostrado abaixo é de nível hobby, mas tem uma estrutura muito semelhante às montagens usadas em drones quadricópteros.

Outros aspectos do design da caixa e da montagem precisarão considerar o fator ambiental específico que você precisa abordar. Acomodar um ambiente com um gás de alta pressão não usará a mesma estratégia que é usada em um ambiente líquido de alta pressão, embora ambas sejam soluções no nível da caixa que dependem da equalização de pressão. O design de eletrônicos robustos é um ótimo exemplo onde a equipe de design elétrico precisa comunicar-se de perto com a equipe mecânica para garantir que a estratégia de robustez não interfira com os requisitos elétricos.

Considerações Finais sobre Eletrônicos Robustos

O último conselho que posso dar sobre eletrônicos robustos é que você não estará sempre implantando um dispositivo em um cenário que compreende toda a lista de ambientes severos. Portanto, o primeiro passo no design de eletrônicos robustos é considerar os fatores ambientais específicos que poderiam danificar o produto e focar nesses aspectos no seu design. Por exemplo, não se preocupe em projetar proteção contra gases oxidantes se a sua principal preocupação é o ciclo de temperatura (embora você possa obter essa proteção como um benefício secundário). Foque no que importa para o seu design e você ainda pode produzir algo que seja compacto e custo-efetivo.

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