Garantizando Fiabilidad: Técnicas de Encapsulado y Sellado de Cinta Plana en Interruptores y Relés

Más Formas de Crear un Sello Hermético en Dispositivos Electrónicos

La vez anterior, hablamos sobre la importancia de lograr un sello vidrio-metal hermético al vacío en productos electrónicos. De manera similar, un método conocido como encapsulado (potting, también llamado encapsulación) se usa a menudo en manufactura para crear un paquete herméticamente sellado para dispositivos de conmutación electrónicos, incluyendo la cinta plana en semiconductores usados en relés de estado sólido.

¿Qué es el encapsulado?

En el encapsulado, una pieza o ensamblaje electrónico se recubre completamente en un compuesto sólido o gelatinoso, tanto para proporcionar resistencia a golpes y vibraciones, como para mantener fuera el polvo y otros contaminantes, así como humedad y agentes corrosivos. El método usualmente involucra una pieza electrónica sumergida o inyectada con un dieléctrico líquido, como silicona, epoxi o uretano, y luego curado. Para encapsulado libre de vacíos, un producto puede colocarse en una cámara de vacío mientras la resina aún está líquida; se extrae el vacío y se mantiene para extraer aire de cavidades internas y la resina, luego se libera para que la presión atmosférica colapse los vacíos y fuerce la resina líquida en cada rincón.

El encapsulado dieléctrico se usa ampliamente para rendimiento electrónico y para proteger componentes electrónicos de estado sólido de daño ambiental y mecánico; como bonificación adicional, el encapsulado a menudo también proporciona la estructura que mantiene un ensamblaje unido.

Cinta plana y semiconductores: la potencia detrás de los relés de estado sólido

Muchas de las aplicaciones de conmutación actuales emplean un relé de estado sólido (SSR) para controlar y completar circuitos de potencia — usando un dispositivo semiconductor de potencia en una cinta plana para conmutar corrientes de hasta unos 100 amperios. Los SSR son más rápidos que los relés electromecánicos; además, como no hay piezas móviles que se desgasten y no hay contactos que se piquen o acumulen carbón, los SSR tienen una vida más larga y una resistencia de salida constante independientemente de la cantidad de uso.

Los semiconductores de potencia están compuestos de dispositivos discretos individuales o, a menudo, circuitos integrados dispuestos en una cinta plana y usados como interruptor o rectificador para aplicaciones de alta corriente o alto voltaje, como una fuente de alimentación de modo conmutado. Algunos dispositivos de potencia comunes incluyen el diodo de potencia, tiristor, MOSFET y transistor bipolar de puerta aislada (IGBT).

Disipadores de calor y remoción de calor de semiconductores

Dado que los semiconductores no rinden bien a temperaturas elevadas, los dispositivos de potencia en SSR requieren disipadores de calor para remover el calor generado por altas temperaturas y ciclos térmicos. El empaquetado proporciona un medio para remover calor de un dispositivo semiconductor, conduciendo el calor al ambiente externo. Adjuntar un dispositivo de potencia a un disipador de calor también remueve el calor causado por pérdidas de operación. Además, el empaquetado ayuda a hacer que los dispositivos semiconductores sean menos sensibles a factores como choque mecánico, vibración, humedad y campos magnéticos externos.

El encapsulado se usa a menudo para crear el paquete para componentes semiconductores, incluyendo aquellos que usan cinta plana. El empaquetado hermético también puede lograrse posicionando un chip semiconductor en la cavidad de un paquete y extrayendo un vacío. El paquete luego se sella con una tapa de cerámica o metal.

Como con un sello vidrio-metal, es importante asegurar que la expansión térmica del material de empaquetado sea compatible con la del dispositivo semiconductor de silicio. Del mismo modo, es crucial asegurar que la cinta plana no tenga divisiones, grietas u otras condiciones superficiales que puedan poner en peligro la integridad del paquete sellado. Una inspección visual cuidadosa junto con pruebas de corrientes de Foucault (ECT) pueden realizarse en la cinta plana para asegurar que esté libre de fallas superficiales y sub-superficiales. (Puede leer más sobre ECT en nuestro blog anterior — o mejor aún, ¡llame a Metal Cutting Corporation!)

Además, donde la resina de encapsulado se inyecta directamente en el componente electrónico, es importante asegurar que el equipo de manufactura de precisión esté correctamente programado para entregar la proporción adecuada de material y formar un paquete hermético sin dañar el delicado dispositivo semiconductor dentro.

Sellado del sobre en interruptores de mercurio

Otro dispositivo electrónico que comúnmente se encapsula es el interruptor de mercurio. Como su nombre implica, los interruptores de mercurio usan una pequeña cantidad de mercurio líquido para abrir y cerrar un circuito eléctrico. Debido a que incluso una gota de mercurio es muy sensible a la gravedad, el mercurio proporciona una función de detección única para mecanismos de conmutación simples y de baja fuerza.

Los interruptores de mercurio consisten en uno o más conjuntos de contactos eléctricos en un sobre de vidrio sellado que contiene una gota de mercurio; el sobre también puede contener aire, un gas inerte o un vacío. Los interruptores de mercurio completan o rompen un circuito cuando el interruptor se inclina, causando que el mercurio toque o se aleje de un conjunto de contactos. El interruptor puede contener múltiples conjuntos de contactos, cerrando diferentes conjuntos en diferentes ángulos para detectar movimiento en varias direcciones.

Dado que el mercurio es un metal tóxico cuyo uso y disposición están estrictamente regulados, muchas aplicaciones anteriores para interruptores de mercurio han sido reemplazadas a lo largo de los años. Por ejemplo, su uso en autos nuevos — para cosas como controles de iluminación y sistemas de frenos antibloqueo — se discontinuó en EE. UU. hace más de una década. Sin embargo, los interruptores de mercurio aún juegan un papel valioso en dispositivos de seguridad como interruptores de inclinación usados para advertencias de vuelco o vuelco lateral en equipos de construcción. En aviones, los indicadores de actitud accionados eléctricamente (también conocidos como horizontes artificiales) aún usan interruptores de mercurio para mantener el eje del giroscopio vertical. Los interruptores de mercurio también se usan como alarmas de inclinación en algunas máquinas expendedoras, activando un interruptor para sonar una alarma si la máquina es sacudida o inclinada.

La línea de fondo hermética

Ya sea que hablemos del enlace vidrio-metal en una bombilla, el paquete encapsulado de un semiconductor construido con cinta plana en un relé de estado sólido, o el sobre en interruptores de mercurio, es crítico asegurar que el sello sea hermético. Trabajar con los socios adecuados ayuda a asegurar que componentes electrónicos críticos y procesos como estos se prueben a lo largo de la cadena de suministro, para producir los resultados finales deseados.

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