Quiero proteger los componentes montados en la PCB de las vibraciones. ¿Qué tipo de pegamento/sustancia debo utilizar? ¿Cuáles son los componentes más propensos a fallar debido a las vibraciones?
Mi preferencia:
Goma de silicona de curado neutro como agente antivibratorio y de sellado a largo plazo.
Esperen una vida útil de más de 20 años.
Si se requiere una ubicación mecánica inicial, pegamento caliente (hot melt glue) sólo para mantener las cosas en su sitio mientras el caucho de silicona se endurece. El pegamento caliente es una solución completamente insatisfactoria a largo plazo.
Detalles:
Para la supervivencia a largo plazo, cualquier cosa que necesite más resistencia mecánica que la que proporcionan sus conexiones soldadas debe utilizar sujeciones mecánicas "adecuadas", como soportes, abrazaderas de montaje, etc.
Sin embargo, En muchos productos de consumo es habitual que los elementos mecánicos de mayor tamaño se "sujeten" o se apoyen mecánicamente en un adhesivo. Si se hace bien, se trata de un método de fabricación legítimo, aunque a veces los diseñadores "de verdad" no lo vean con buenos ojos.
Solución asiática: El método más común en los productos asiáticos es un pegamento blanco que se fija en un acabado blanco cerámico duro. Tiene una buena capacidad de adhesión inicial y resistencia, es de fraguado rápido y fracasa estrepitosamente en un periodo de meses a un año aproximadamente.
Solución occidental: El método occidental más común es el pegamento caliente o hotmelt. Tiene una buena capacidad de adhesión inicial, una resistencia razonable, se endurece en el tiempo que tarda en enfriarse (de decenas de segundos a minutos, según la cantidad y la conducción térmica) y fracasa estrepitosamente en un periodo de meses a un año aproximadamente. La gente todavía lo usa y dice lo bueno que es.
Una solución magnífica: Una solución excelente es el caucho de silicona de curado neutro. Tiene una buena capacidad de adhesión una vez fraguada, que varía según los materiales, pero existen imprimaciones o variantes especiales para los materiales difíciles. Tiene una resistencia razonable pero un módulo bajo (algo elástico), por lo que resiste perfectamente las vibraciones y las fuerzas de impacto. El tiempo de fraguado puede ser de minutos a muchas horas, normalmente más que corto. Una vez fijado, suele durar más de 20 años. Los largos tiempos de fraguado no son un problema siempre que el adhesivo sea no se utiliza para retener los objetos en su posición, sino para añadir resistencia a las vibraciones a largo plazo. La mayoría de las gomas de silicona no fluyen durante el fraguado, por lo que el tiempo de fraguado no es importante, salvo que la superficie será pegajosa al principio. El "skin over" se produce normalmente en 10 a 20 minutos. El fraguado se consigue por la acción de la humedad atmosférica, por lo que una humedad baja provoca tiempos de fraguado más largos. La velocidad de fraguado total depende del espesor del agua, siendo típica la velocidad de 3 mm de profundidad por 24 horas.
Una excelente combinación cuando se requiere la retención mecánica o la localización mediante el adhesivo es utilizar una "pizca" de pegamento termofusible para mantener las cosas en su lugar inicialmente y luego utilizar el caucho de silicona como agente de unión y antivibración a largo plazo.
Además de su excelente módulo bajo y su larga vida útil, los SR son excelentes agentes de impermeabilización y sellado. Sin embargo, son no selladores de vapor de agua - el vapor de agua pasará a través de SR con el tiempo - el agua líquida no. Así que "respiran", lo que puede ser bueno o malo dependiendo de la aplicación.
Cura neutra Las gomas de silicona están ampliamente disponibles, y cuestan poco o nada más. La mayoría son "Oxeme" o de curado con alcohol y liberan oxemes y alcohol metílico. Los oxemes pueden provocar la corrosión del cobre desnudo. El curado con oxemas no es adecuado para el policarbonato; utilice el curado con alcohol.
Los SR de curado neutro, algo más caros, suelen ser de curado directo con alcohol y liberan alcohol metílico al fraguar. Un manejo sensato es suficiente. Ventilar bien si se utilizan kilos a la vez :-).
Dow Corning fabrica una amplia gama de SR que están disponibles en la mayoría de los países y de los que se dispone de amplios datos técnicos. No tengo ninguna relación con Dow Corning, aparte de ser un cliente satisfecho.
Hay muchos otros adhesivos que pueden funcionar para usted.
Los pegamentos de cianoacrilato se fijan rápidamente (super glue, elephant glue), corren el riesgo de estropear las superficies en algunas aplicaciones y se despegan con el tiempo en algunas superficies.
Las colas de látex y de contacto son de bajo módulo y pueden ser útiles.
Se suelen utilizar disolventes que pueden tener efectos adversos.
Existen muchos otros, pero el caucho de silicona me parece el mejor en general.
- Goma de silicona frente a resina epoxi:
No he mencionado la resina epoxi (ER), y Mike la ha recomendado con preferencia a la goma de silicona (SR). Las resinas epoxi son ciertamente muy útiles. Están disponibles con "pot lives" (tiempo útil antes de fraguar) de menos de 1 minuto a horas, y tiempo para el curado completo de una hora a un día más o menos. Las temperaturas elevadas aumentan la velocidad de curado y reducen la vida útil. Los ER suelen ser de "2 potes": se mezclan dos componentes diferentes justo antes de su uso. Los SR también están disponibles en formulaciones de 2 partes, normalmente con tiempos de fraguado rápidos (de minutos a decenas de minutos - pueden ser más largos por diseño).
Un factor que yo cité como una ventaja, Mike lo ha citado como una desventaja. Ambos estamos en lo cierto (¿y los dos están equivocados? :-) ) y vale la pena entender por qué.
El factor es el "módulo". El módulo (más propiamente el "módulo elástico") es la relación entre la tensión y la deformación, es decir, la cantidad de deformación experimentada por cada fuerza aplicada. Existen varias medidas del módulo, principalmente relacionadas con los aspectos direccionales de las fuerzas y las deformaciones. Algunos detalles más en este Artículo de la Wikipedia sobre el módulo elástico. .
Los cauchos de silicona son de "bajo módulo" - aunque los valores reales pueden variar mucho según el diseño, los que se encuentran normalmente serán "sustancialmente "más elásticos" que las resinas epoxi típicas. Mike y yo estamos de acuerdo en esto :-). La utilidad de esto es un tema de discusión.
Una resina epoxi suele actuar de la misma manera que una abrazadera o soporte o sistema de montaje mecánico. Fija el componente de forma rígida a una fijación o placa de circuito impreso, etc. Las gomas de silicona típicas no son en absoluto "gelatinosas", sino que se asientan como una goma rígida, normalmente tan flexible como un borrador de bloque menos rígido, sólido pero no parecido al hormigón. La dureza de una formulación de caucho no está relacionada intuitivamente con el módulo*, pero los dos están lo suficientemente relacionados como para ser útiles. Una escala adecuada para la dureza de los cauchos es la escala de dureza "Shore A". Los neumáticos de los coches tendrían una dureza Shore A 70, es decir, una goma bastante rígida. Una goma típica tendría una dureza Shore A 25-30 - bastante elástica. Existen gomas de silicona que se ajustan a cualquiera de estos extremos, pero la mayoría serían intermedias, con una tendencia hacia el lado rígido en la mayoría de los casos.
Ahora considere, si alguna vez ha encontrado un amortiguador de vibraciones, un protector antisísmico, un montaje a prueba de golpes, un montaje de motor de automóvil, ... - ¿qué características mecánicas tienen? ¿De qué tipo de materiales esperas que estén hechos?
Si un montaje exige una rigidez absoluta, no puede tolerar ningún grado de flexión, necesita ser montado sólidamente sin ningún movimiento en relación con el montaje, entonces el caucho de silicona probablemente no es el material de montaje elegido.
Por el contrario, si se valora un grado de aislamiento mecánico de las vibraciones, la capacidad de soportar impactos y grandes movimientos o fuerzas externas mediante la distribución de las fuerzas implicadas en el espacio y el tiempo, la minimización de la transmisión de las vibraciones mediante la transferencia con pérdidas de la energía vibratoria, la ausencia de fracturas por tensión y la mínima degradación mecánica con el paso del tiempo, entonces los cauchos de silicona serán serios contendientes.
M Alin ha preguntado qué tipo de cosas son las que más hay que pegar.
Normalmente son
Objetos pesados que ejercen fuerzas considerables en caso de impacto (condensadores de lata, cajas de baterías sueltas, ...
Placas de circuito impreso en ranuras, conectores de borde, objetos que pueden alcanzar el "latigazo" bajo un impacto eterno.
Artículos retenidos única o principalmente por el adhesivo.
Esencialmente, objetos que son susceptibles de moverse bajo impacto o vibración y de sufrir daños si lo hacen.
Amortiguadores de goma - las imágenes son enlaces vivos
Wikipedia - Durómetro Shore
Materiales de mecanizado - Dureza Shore
Comparación de la orilla A con la orilla D (¡sospecha!)
(* A continuación se ofrece una fórmula que relaciona aproximadamente el Shore A con el módulo de Young. Es poco probable que sea útil en este contexto).
Añadido 4 años después:
Q: No entiendo tus afirmaciones contradictorias "debería utilizar sujeciones mecánicas 'adecuadas' [...] Bien hecho esto [el adhesivo] es un método de fabricación legítimo". Los adhesivos son fantásticos, cuando, como mencionas, está diseñado para la tarea que se realiza. Si quieres empezar con "todo debería usar tuercas y tornillos", te señalaría a 3M, cuyos adhesivos mantienen la superficie del edificio más alto del mundo.
A: Volví a leer o a hojear lo que había escrito para ver cómo encajaba.
Estoy de acuerdo en que si se toman algunas de las afirmaciones tanto en semi-aislamiento COMO (booleanas) en valor absoluto se puede ver alguna contradicción. Si se toma tanto la pregunta original como lo que he escrito como un todo, parece razonablemente bien como está. Podría cambiar algunas palabras para eliminar algunas contradicciones parciales, pero creo que cualquiera que busque consejo sobre el tema y lo lea todo se hará una idea muy buena de lo que digo [[Si lo que digo es válido es otra cuestión :-) ]].
Observo que constato que los SR (cauchos de silicona) de buena calidad "duran" más de 20 años) y que son útiles en esta función. Y me siento cómodo con la idea de que una lámina de material (como el vidrio) "correctamente" diseñada y "correctamente" aplicada puede ser sostenida "con seguridad" por el adhesivo durante la vida de diseño de un edificio cuando todas las suposiciones resultan ser válidas.
Pero también sé de cristales que se han "desprendido" de los edificios y aquí (Nueva Zelanda) un hombre cayó a la muerte cuando se apoyó en un cristal adherido a toda la altura del piso, que luego se desprendió :-(.
Es decir, el "diseño adecuado" y la "aplicación adecuada" y los "supuestos válidos" están o deberían estar al alcance de los diseñadores profesionales, e incluso ellos se equivocan a veces.
Las personas que "diseñan" sistemas de fijación con menos recursos y capacidades pueden, en general, estar mucho más seguras de "hacerlo bien" con las fijaciones mecánicas que con los adhesivos.
He participado en el uso de la fijación adhesiva en unos 500.000 productos fabricados en varias fábricas (chinas) durante varios años. Las lecciones y experiencias han sido esclarecedoras :-).
Sí, los adhesivos tienen su lugar.
Sí, los uso.
Y, sí, SIEMPRE soy cauteloso y consciente de lo que puede pasar.
¿Puede decirnos el número de pieza de Dow Corning para nuestra referencia? ¿Podría decirnos también el material de la "solución asiática"? Gracias, Pravardhan U.S
@dhanu85 Tienes que decidir por ti mismo a partir de lo que tienes disponible. Como he dicho más arriba: (1) Ten en cuenta que el caucho de silicona utilizado DEBE ser de curado neutro cuando se utilicen componentes electrónicos o sensibles a la corrosión. (2) Dow Corning hace una amplia gama de los SR que están disponibles en la mayoría de los países y que tienen amplia información técnica disponible . | Dow Corning están disponibles para hablar con usted en todo el mundo y son fáciles de hablar.
No entiendo sus afirmaciones contradictorias "debería utilizar sujeciones mecánicas 'adecuadas' [...] Bien hecho, esto [el adhesivo] es un método de fabricación legítimo". Los adhesivos son fantásticos, cuando, como mencionas, están diseñados para ello. Si quieres empezar con "todo debería usar tuercas y tornillos", te señalaría a 3M, cuyos adhesivos mantienen la superficie del edificio más alto del mundo.
En mis tiempos en la industria aeroespacial, los componentes pequeños que se montaban "sustancialmente" planos contra la placa de circuito impreso (es decir, resistencias axiales con agujeros pasantes, diodos, circuitos integrados DIP, etc.) no requerían ningún tratamiento especial, al igual que los componentes SMD. Los componentes de mayor tamaño, como los condensadores radiales y los componentes montados por encima de la placa de circuito impreso (transistores, etc.) se fijaban con adhesivo de resina epoxi. El caucho de silicona (RTV) sólo se utilizó para fijar los tornillos de las ollas preajustadas, ya que es flexible y no ofrece mucha protección contra la tensión vibratoria.
Las placas de circuito impreso se fijaron al chasis mediante soportes antivibratorios (goma de nitrilo, etc.). Los revestimientos conformados probablemente también proporcionaban una ligera protección adicional.
Los SMD pequeños probablemente no necesiten una fijación mecánica, ya que apenas ejercen fuerza sobre la soldadura gracias a su bajo peso, a menudo de miligramos. (Un 0402 resistencia de chip de película fina pesa exactamente 1mg.)
Para los componentes más grandes, como los electrolíticos grandes, yo no utilizaría un pegamento que permanezca elástico . Este tipo de pegamento sigue permitiendo que la pieza vibre, aunque con una amplitud menor. Incluso con estas amplitudes más bajas, durante mucho tiempo pueden provocar la rotura de las soldaduras debido a arrastrarse .
La fluencia también puede producirse con una fijación no elástica, si la soldadura está sometida a tensión cuando el pegamento se seca, pero esto no es tan grave como la tensión por vibración.
En general, la mayoría de los dispositivos tienen suficiente tensión superficial en la soldadura para mantener los componentes en su sitio incluso a temperaturas más o menos altas y grandes vibraciones. Si tiene condensadores electrolíticos SMD de gran tamaño, los haría con orificios pasantes, junto con los conectores.
El único uso del pegamento en el trabajo SMD que se me ocurre es utilizarlo para evitar que los componentes se caigan durante el reflujo del horno.
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