Explorando métodos de encapsulamento (potting) para maior confiabilidade em PCBA e dispositivos eletrônicos

No mundo da montagem de placas de circuito impresso (PCBA) e dispositivos eletrônicos, a proteção contra fatores ambientais e estresse mecânico é essencial. Do termo inglês Potting, também conhecido como “encapsulamento”, é um método para selar a PCBA dentro de uma espessa camada de resina que fornece proteção contra choque físico e produtos químicos, enquanto isso, esse processo também poderá aumentar o desempenho elétrico. O processo de encapsulamento de componentes sensíveis desempenha um papel crucial na proteção desses dispositivos. Com várias opções disponíveis, é vital entender suas vantagens e escolher o caminho certo para suas necessidades específicas. Neste artigo, exploraremos algumas das opções mais comuns e suas particularidades.

Resina epóxi (Epoxy Resin)

A resina epóxi é uma escolha popular para encapsulamento devido às suas excelentes propriedades de isolamento elétrico, alta resistência à umidade e produtos químicos. Forma um encapsulamento durável e rígido, proporcionando proteção contra vibrações, impactos e torções. A resina epóxi é versátil e pode ser adaptada para atender a requisitos específicos, ajustando seu tempo de cura e propriedades térmicas.

Vantagens:

• Propriedades de isolamento elétrico superiores;
• Alta resistência à umidade, produtos químicos e temperatura;
• Excelente proteção mecânica contra vibrações e impactos;
• Tempo de cura ajustável e, consequentemente, as propriedades térmicas.

Uso:

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MATRÍCULE-SE AGORA

1. Eletrônica automotiva: resina epóxi é comumente usada em eletrônicos no setor automotivo, como unidades de controle do motor (ECUs), sensores e sistemas de ignição, para proteção contra vibrações, umidade e variações de temperatura;
2. Sistemas de controle industrial: é adequada para sistemas de controle industrial, incluindo CLPs (controladores lógicos programáveis), fontes de alimentação e acionamentos de motores, fornecendo proteção contra ambientes industriais severos;
3. Iluminação LED: amplamente utilizado em aplicações de iluminação LED, garantindo proteção contra umidade, poeira e estresse térmico, mantendo as propriedades ópticas.

Borracha de Silicone (Silicone Rubber)

Os materiais de encapsulamento utilizando borracha de silicone são conhecidos por sua flexibilidade, tornando-os adequados para aplicações onde ocorrem expansão e contração térmica. Esses materiais fornecem proteção confiável contra umidade, poeira e variações extremas de temperatura (contração e dilatação da placa). Os compostos de borracha de silicone também são conhecidos por suas excelentes propriedades dielétricas, tornando-os ideais para aplicações de alta tensão.

Vantagens:

• Flexibilidade para acomodar expansão e contração térmica;
• Excelente resistência à umidade, poeira e variações extremas de temperatura;
• Propriedades dielétricas adequadas para aplicações de alta tensão;
• Boa condutividade térmica para eficiente dissipação de calor.

Uso:

1. Eletrônicos em áreas externas: O encapsulamento de borracha de silicone é ideal para eletrônicos externos, como inversores solares, sensores externos e dispositivos de comunicação, pois oferece excelente resistência à umidade, radiação UV e temperaturas elevadas;
2. Dispositivos médicos: comumente usado em dispositivos médicos, como eletrônicos implantáveis, sensores médicos e equipamentos de diagnóstico, devido à sua biocompatibilidade, flexibilidade e resistência a processos de esterilização;
3. Aplicações marítimas: adequado para aplicações marítimas, incluindo sistemas de navegação, sensores subaquáticos e equipamentos de comunicação, pois fornece proteção eficaz contra água salgada, umidade e corrosão.

Poliuretano (Polyurethane – PU)

Os compostos para encapsulamento de poliuretano oferecem um equilíbrio entre rigidez e flexibilidade, tornando-os adequados para várias aplicações. Eles fornecem excelente proteção contra umidade, produtos químicos e flutuações de temperatura. Os materiais podem ser formulados com diferentes níveis de dureza, permitindo a personalização com base nas necessidades específicas do dispositivo.

Vantagens:

• Rigidez e flexibilidade equilibradas para diversas aplicações;
• Proteção eficaz contra umidade, produtos químicos e flutuações de temperatura;
• Níveis de dureza personalizáveis para requisitos específicos do dispositivo;
• Boa resistência à radiação UV, prolongando a vida útil do dispositivo.

Uso:

1. Eletrônicos de consumo: frequentemente empregado em eletrônicos de consumo, como smartphones, tablets e dispositivos vestíveis, oferece um equilíbrio entre rigidez e flexibilidade, protegendo contra impactos, umidade e variações de temperatura;
2. Aeroespacial e Aviação: é usado em aplicações aeroespaciais e de aviação, como sistemas aviônicos, equipamentos de radar e dispositivos de comunicação, pois fornece proteção confiável contra vibrações, choques e ciclos térmicos;
3. Sistemas de energia renovável: comumente utilizado em sistemas de energia renovável, incluindo turbinas eólicas, inversores de energia solar e sistemas de gerenciamento de bateria, para garantir proteção contra fatores ambientais e estresse mecânico.

Resina Acrílica (Acrylic Resin)

Os compostos de resina acrílica para encapsulamento oferecem boas propriedades de isolamento elétrico e resistência à umidade e produtos químicos. Eles fornecem uma camada protetora confiável enquanto permanecem relativamente fáceis de manusear e processar. As resinas acrílicas têm uma taxa de contração mais baixa durante a cura, minimizando o estresse em componentes delicados.

Vantagens:

• Isolamento elétrico;
• Resistência à umidade e produtos químicos;
• Baixa taxa de contração durante a cura, reduzindo o estresse nos componentes;
• Fácil manuseio e processamento.

Encapsulamento (Potting) X Revestimento de superfície

A função do envasamento e do revestimento isolante é basicamente a mesma, e ambos aplicam polímeros orgânicos que desempenharão um papel no fornecimento de resistência química ou térmica e também no isolamento elétrico. Mas existem algumas diferenças entre si.

O revestimento de superfície é adequado quando:

• A proteção seletiva é necessária;
• Peso e tamanho são críticos;
• Flexibilidade para reparos ou modificações é necessária.

Quando utilizar revestimento de superfície:

1. Proteção seletiva: o revestimento de superfície é ideal quando você precisa fornecer proteção direcionada a áreas ou componentes específicos na PCBA, deixando outras áreas expostas ou acessíveis para testes, reparos ou modificações;
2. Restrições de peso e tamanho: revestimentos de superfície possuem camadas mais finas e leves, tornando-os adequados para aplicações em que tamanho e peso são fatores críticos, como dispositivos eletrônicos portáteis, telefones celulares e vestíveis;
3. Capacidade de reparo e retrabalho: Alguns dos revestimentos oferecem a vantagem de capacidade de reparo e retrabalho. Se um componente precisar ser substituído ou reparado, o revestimento pode ser removido e reaplicado seletivamente, reduzindo o tempo e o custo associados aos reparos;
4. Proteção contra umidade e poeira: Os revestimentos de superfície fornecem uma barreira eficaz contra umidade, poeira e outros contaminantes, protegendo a PCBA contra corrosão, curtos-circuitos e danos ambientais;
5. Flexibilidade e Expansão Térmica: Os revestimentos podem ser flexíveis, permitindo a expansão e contração de componentes devido a variações térmicas. Essa flexibilidade ajuda a minimizar o estresse nos componentes, aumentando sua confiabilidade.

Potting ou Encapsulamento, por outro lado, é recomendado quando:

• É necessário encapsulamento completo e proteção mecânica.
• A vedação contra umidade, produtos químicos e ambientes hostis é crucial.
• Gerenciamento térmico aprimorado é necessário.

Quando utilizar:

1. Encapsulamento completo ou total: O encapsulamento é recomendado quando há necessidade de cobrir completamente toda a PCBA ou de componentes específicos. Oferece proteção robusta contra estresse mecânico, vibrações, impacto, umidade e condições ambientais adversas;
2. Vedação e proteção ambiental: Os compostos criam uma vedação completa ao redor da PCBA, oferecendo proteção superior contra umidade, produtos químicos, poeira e outros contaminantes. Isso torna o encapsulamento adequado para aplicações em ambientes desafiadores ou onde a exposição a líquidos, ou produtos químicos é esperada;
3. Proteção Mecânica: fornece excelente proteção mecânica, tornando ideal para aplicações que sofrem vibrações, choques ou impactos, como eletrônicos na indústria automotiva, sistemas de controle industrial ou equipamentos;
4. Gerenciamento térmico: materiais de encapsulamento com boa condutividade térmica podem dissipar com eficiência o calor gerado pelos componentes, garantindo o gerenciamento térmico adequado e evitando o superaquecimento. Isso torna o encapsulamento vantajoso para aplicações com componentes de alta potência ou aqueles que operam em condições de temperatura exigentes.
5. Personalização e robustez: podem ser ajustados para atender a requisitos específicos, como dureza, flexibilidade, retardamento de chama ou certificações específicas. Essa versatilidade torna o encapsulamento adequado para aplicações com necessidades especializadas, como aeroespacial, setor automotivo ou sistemas industriais de alta confiabilidade.

Conclusão

Quando se trata de encapsulamento para PCBA e dispositivos eletrônicos, selecionar a opção certa é crucial para garantir confiabilidade e proteção a longo prazo. Seja resina epóxi, borracha de silicone, poliuretano ou resina acrílica, cada uma oferece vantagens e desvantagens. Ao considerar os requisitos específicos do seu dispositivo, como condições ambientais, estresse mecânico e necessidades elétricas, você pode tomar uma decisão informada sobre o material mais adequado. Em última análise, a escolha correta aumentará a durabilidade, o desempenho e a vida útil da sua PCBA e dispositivos eletrônicos, garantindo sua funcionalidade em ambientes exigentes.

Em última análise, a escolha entre revestimento de superfície e encapsulamento depende de fatores como o nível de proteção necessário, condições ambientais, tamanho do dispositivo, restrições de peso, capacidade de reparo e necessidades de gerenciamento térmico. A avaliação desses fatores ajudará a determinar a abordagem mais apropriada para sua PCBA e dispositivos eletrônicos.

Referência

1. “Conformal Coating and Potting in Electronics Protection: A Comprehensive Review” by N. Ramli and M. C. E. Yagoub. IEEE Access, 2018. [Available online: https://ieeexplore.ieee.org/document/8243183]

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