Garantindo Confiabilidade: Técnicas de Potting e Vedação de Fita Plana em Chaves e Relés

Mais Maneiras de Criar uma Vedação Hermética em Dispositivos Eletrônicos

Da última vez, falamos sobre a importância de alcançar uma vedação vidro-metal hermética em produtos eletrônicos. Da mesma forma, um método conhecido como potting (também chamado encapsulamento) é frequentemente usado na fabricação para criar um pacote firmemente selado para dispositivos de comutação eletrônicos, incluindo a fita plana em semicondutores usados em relés de estado sólido.

O que é potting?

No potting, uma peça ou montagem eletrônica é completamente envolvida em um composto sólido ou gelatinoso, tanto para fornecer resistência a choque e vibração, quanto para manter fora poeira e outros contaminantes, bem como umidade e agentes corrosivos. O método geralmente envolve uma peça eletrônica sendo imersa ou injetada com um dielétrico líquido, como silicone, epóxi ou uretano, e então curado. Para potting livre de vazios, um produto pode ser colocado em uma câmara de vácuo enquanto a resina ainda está líquida; o vácuo é puxado e mantido para retirar ar de cavidades internas e da resina, então liberado para que a pressão atmosférica colapse os vazios e force a resina líquida em cada cantinho.

Potting dielétrico é amplamente usado para desempenho eletrônico e para proteger componentes eletrônicos de estado sólido de danos ambientais e mecânicos; como bônus adicional, o potting frequentemente também fornece a estrutura que mantém uma montagem unida.

Fita plana e semicondutores: a potência por trás de relés de estado sólido

Muitas das aplicações de comutação atuais empregam um relé de estado sólido (RSS) para controlar e completar circuitos de potência — usando um dispositivo semicondutor de potência em uma fita plana para comutar correntes de até cerca de 100 amperes. RSSs são mais rápidos que relés eletromecânicos; além disso, como não há peças móveis para desgastar e nem contatos para picar ou acumular carbono, RSSs têm vida útil mais longa e resistência de saída constante independentemente da quantidade de uso.

Semicondutores de potência são compostos por dispositivos discretos individuais ou, frequentemente, circuitos integrados dispostos em uma fita plana e usados como chave ou retificador para aplicações de alta corrente ou alta tensão, como uma fonte de alimentação de modo de chaveamento. Alguns dispositivos de potência comuns incluem diodo de potência, tiristor, MOSFET e transistor bipolar de porta isolada (IGBT).

Dissipadores de calor e remoção de calor de semicondutores

Como semicondutores não funcionam bem em temperaturas elevadas, os dispositivos de potência em RSSs requerem dissipadores de calor para remover o calor gerado por altas temperaturas e ciclagem térmica. Embalagem fornece um meio para remover calor de um dispositivo semicondutor, conduzindo o calor para o ambiente externo. Fixar um dispositivo de potência a um dissipador de calor também remove calor causado por perdas operacionais. Além disso, a embalagem ajuda a tornar dispositivos semicondutores menos sensíveis a fatores como choque mecânico, vibração, umidade e campos magnéticos externos.

Potting é frequentemente usado para criar o pacote para componentes semicondutores, incluindo aqueles usando fita plana. Embalagem hermética também pode ser realizada posicionando um die semicondutor na cavidade de um pacote e puxando vácuo. O pacote é então selado com uma tampa de cerâmica ou metal.

Como com uma vedação vidro-metal, é importante garantir que a expansão térmica do material de embalagem seja compatível com a do dispositivo semicondutor de silício. Da mesma forma, é crucial garantir que a fita plana não tenha fissuras, trincas ou outras condições de superfície que possam comprometer a integridade do pacote selado. Inspeção visual cuidadosa junto com teste de correntes parasitas (ECT) pode ser realizada na fita plana para garantir que esteja livre de falhas superficiais e subsuperficiais. (Você pode ler mais sobre ECT em nosso blog anterior — ou melhor ainda, ligue para a Metal Cutting Corporation!)

Além disso, onde a resina de potting é injetada diretamente no componente eletrônico, é importante garantir que o equipamento de fabricação de precisão esteja corretamente programado para entregar a proporção adequada de material e formar um pacote hermético sem danificar o delicado dispositivo semicondutor dentro.

Selando o envelope em chaves de mercúrio

Outro dispositivo eletrônico comumente encapsulado é a chave de mercúrio. Como o nome implica, chaves de mercúrio usam uma pequena quantidade de mercúrio líquido para abrir e fechar um circuito elétrico. Como até uma gota de mercúrio é muito sensível à gravidade, o mercúrio fornece uma função de detecção única para mecanismos de comutação simples e de baixa força.

Chaves de mercúrio consistem em um ou mais conjuntos de contatos elétricos em um envelope de vidro selado que contém uma gota de mercúrio; o envelope também pode conter ar, gás inerte ou vácuo. Chaves de mercúrio completam ou interrompem um circuito quando a chave é inclinada, fazendo o mercúrio tocar ou se afastar de um conjunto de contatos. A chave pode conter vários conjuntos de contatos, fechando diferentes conjuntos em ângulos diferentes para detectar movimento em várias direções.

Como o mercúrio é um metal tóxico cujo uso e descarte são estritamente regulados, muitas aplicações anteriores para chaves de mercúrio foram substituídas ao longo dos anos. Por exemplo, seu uso em carros novos — para coisas como controles de iluminação e sistemas de freio antibloqueio — foi descontinuado nos EUA há mais de uma década. No entanto, chaves de mercúrio ainda desempenham um papel valioso em dispositivos de segurança como chaves de inclinação usadas para avisos de capotamento ou tombamento em equipamentos de construção. Em aeronaves, indicadores de atitude acionados eletricamente (também conhecidos como horizontes artificiais) ainda usam chaves de mercúrio para manter o eixo do giroscópio vertical. Chaves de mercúrio também são usadas como alarmes de inclinação em algumas máquinas de venda automática, ativando um interruptor para soar um alarme se a máquina for balançada ou inclinada.

A conclusão hermética

Seja falando sobre a ligação vidro-metal em uma lâmpada, o pacote encapsulado de um semicondutor construído com fita plana em um relé de estado sólido, ou o envelope em chaves de mercúrio, é crítico garantir que a vedação seja hermética. Trabalhar com os parceiros certos ajuda a garantir que componentes eletrônicos críticos e processos como esses sejam testados ao longo da cadeia de suprimentos, para produzir os resultados finais desejados.

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