Los compuestos de encapsulado electrónico son materiales aislantes y protectores que se utilizan para encapsular componentes electrónicos, placas de circuitos, conectores y conjuntos en sistemas no tripulados. Los materiales de encapsulado de epoxi, poliuretano, silicona y otros materiales especializados pueden proteger los componentes electrónicos de la humedad, los contaminantes, las vibraciones, las fugas eléctricas y los ciclos térmicos.
En esta página se presentan fabricantes de compuestos de encapsulación y soluciones para controladores de vuelo, ordenadores de misión, accionamientos de motores, cargas útiles y terminaciones de cables.
Los compuestos de encapsulado electrónico son materiales aislantes que se utilizan para recubrir componentes electrónicos, placas de circuitos, conectores y conjuntos con una resina o un elastómero protector. Una vez curado, un compuesto de encapsulado puede ayudar a aislar los componentes sensibles de la humedad, los contaminantes, las vibraciones, las fugas eléctricas y otras tensiones ambientales a las que se enfrentan las plataformas no tripuladas.
La elección del compuesto de encapsulado adecuado para la electrónica requiere encontrar un equilibrio entre la protección frente a las condiciones ambientales y los requisitos eléctricos, mecánicos, térmicos y de fabricación. Los vehículos aéreos no tripulados (UAV), los vehículos terrestres no tripulados (UGV), los vehículos marinos autónomos y los sistemas robóticos pueden imponer restricciones adicionales a los materiales de encapsulado para componentes electrónicos, entre las que se incluyen el bajo peso, los ciclos térmicos, la inmersión, los golpes, las vibraciones y un mantenimiento limitado.
Un compuesto de encapsulado epoxi suele proporcionar una fuerte adhesión, aislamiento eléctrico, resistencia química y una estructura curada comparativamente rígida. El encapsulado epoxi es adecuado para placas de circuito impreso (PCB), módulos de potencia, sensores y conjuntos que requieran refuerzo mecánico. Los ingenieros deben tener en cuenta la contracción durante el curado, la exotericidad, la rigidez y las diferencias de expansión térmica entre el epoxi eléctrico y los componentes encapsulados, especialmente durante ciclos térmicos repetidos.
Los materiales de poliuretano suelen ofrecer una mayor flexibilidad que las formulaciones epoxi rígidas y pueden absorber vibraciones, golpes y movimientos entre materiales diferentes. Esto hace que el encapsulado de poliuretano para dispositivos electrónicos resulte útil cuando se requiere un sellado frente al entorno sin una restricción mecánica excesiva. Se debe evaluar la resistencia al agua, a los productos químicos, a la temperatura y a la hidrólisis en función del entorno previsto para el sistema no tripulado, especialmente en caso de uso prolongado en condiciones de humedad o inmersión.
Compuesto de encapsulado epoxi flexible MT382 para electrónica de Permabond
Un compuesto de encapsulado de silicona puede proporcionar aislamiento eléctrico sin perder su flexibilidad relativa ante cambios de temperatura. Los materiales de silicona resultan útiles cuando los componentes sensibles podrían verse sometidos a tensiones por un encapsulante más duro. Sus propiedades pueden ser adecuadas para el encapsulado aeroespacial, la electrónica de sensores, los conjuntos de potencia y ciclos térmicos intensos, aunque la adhesión, la compatibilidad química, la resistencia mecánica y la permeabilidad varían según las formulaciones.
Los materiales de encapsulación especializados para electrónica satisfacen requisitos que las formulaciones estándar de epoxi, poliuretano o silicona podrían no cumplir. Entre ellos se incluyen compuestos de encapsulación de curado UV para un procesamiento rápido, compuestos de encapsulación de baja viscosidad para espacios reducidos y compuestos de encapsulación ópticamente transparentes para determinados sensores o conjuntos ópticos. Los materiales de encapsulación para radiofrecuencia (RF) pueden requerir características dieléctricas controladas, de modo que la encapsulación no afecte negativamente al rendimiento en altas frecuencias.
Los pilotos automáticos, los controladores de vuelo, las unidades de control de vehículos y los ordenadores de misión pueden verse sometidos a vibraciones, condensación, polvo y cambios repetidos de temperatura. El encapsulado de los componentes electrónicos puede proporcionar una barrera física y eléctrica, pero el material también debe adaptarse a los procesadores que generan calor y a los componentes que requieren inspección o reparación.
Los sistemas de gestión de baterías, los cuadros de distribución de energía, los convertidores y los componentes electrónicos de alta corriente pueden beneficiarse de la protección frente a la humedad y la contaminación eléctrica. Los compuestos de encapsulado para baterías requieren tener en cuenta el aislamiento eléctrico, el comportamiento térmico, la compatibilidad de los materiales y el calor generado durante el funcionamiento normal o en condiciones de fallo. Cuando sea pertinente, también deben tenerse en cuenta el comportamiento frente al fuego y la propagación del calor.
Los controladores de motores, los reguladores electrónicos de velocidad y la electrónica de los sistemas de accionamiento eléctrico combinan vibraciones con cargas térmicas concentradas. Un compuesto de encapsulado termoconductor puede ayudar a transferir el calor hacia una carcasa o una estructura disipadora de calor, al tiempo que mantiene el aislamiento eléctrico. La conductividad térmica por sí sola es insuficiente, ya que la resistencia de interfaz, el espesor del encapsulado, el diseño de la carcasa y la trayectoria térmica completa influyen en la disipación del calor.
Los receptores del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS), la electrónica de navegación inercial, las radios y los módulos de enlace de datos requieren protección sin comprometer la integridad de la señal. Cerca de los circuitos de radiofrecuencia o de las antenas, las propiedades dieléctricas, el espesor y la geometría de un material de encapsulación electrónica son importantes, ya que el encapsulante puede alterar el comportamiento eléctrico.
Las cámaras, los sensores ambientales, los sistemas electrónicos de detección y medición de distancias por luz (LiDAR), los sistemas acústicos y otras cargas útiles pueden contener elementos resistentes y altamente sensibles. El encapsulado selectivo puede proteger las placas de circuitos o las interfaces de cables, al tiempo que deja sin obstruir las lentes, las aberturas, los transductores, los elementos de calibración y los componentes que pueden someterse a mantenimiento.
El encapsulado de conectores puede reforzar las terminaciones de los cables y ayudar a mantener alejados la humedad y los contaminantes. Un compuesto de encapsulado para conectores eléctricos debe adherirse adecuadamente al conector, a la carcasa trasera, a la funda del cable y al cableado, al tiempo que soporta la carga en la transición entre el cable flexible y los componentes rígidos.
Los vehículos submarinos autónomos (AUV), los vehículos operados a distancia (ROV), los vehículos de superficie no tripulados (USV) y otros sistemas marinos pueden requerir que los componentes electrónicos resistan la humedad persistente, el agua salada y la presión externa. Un compuesto de encapsulado subacuático puede proteger la electrónica de los sensores, las terminaciones de los cables y los conjuntos internos; no obstante, es imprescindible evaluar la absorción de agua, la deformación relacionada con la presión, la adhesión, la presencia de huecos y la estabilidad a largo plazo en función de la profundidad prevista y la duración del despliegue.
Un recubrimiento conformado forma una fina capa protectora sobre una placa de circuito, mientras que el encapsulado rodea los componentes con una cantidad de material considerablemente mayor. Los compuestos de encapsulado pueden proporcionar un mayor refuerzo mecánico y aislamiento ambiental, pero añaden masa y pueden dificultar la inspección, la gestión térmica, el diagnóstico de averías y la reparación.
El encapsulado y el sobremoldeado son procesos estrechamente relacionados, cuya terminología varía según las aplicaciones. El encapsulado suele consistir en rellenar una carcasa o cavidad definida con resina, mientras que el sobremoldeado consiste en moldear material alrededor de un componente mediante un molde y un proceso controlado. El método adecuado depende del volumen de producción, la geometría, el utillaje, el comportamiento del material y la protección requerida.
La encapsulación completa maximiza la cobertura, pero puede aumentar la masa, el uso de material y la dificultad de reparación. El encapsulado parcial aplica protección solo donde es necesario, como alrededor de componentes de alta tensión, entradas de cables, zonas sensibles de la placa de circuito impreso o piezas propensas a las vibraciones. Esto puede resultar valioso para aeronaves no tripuladas con restricciones de tamaño, peso y potencia (SWaP).
El encapsulado no tiene por qué sustituir al sellado de la carcasa. Los diseñadores pueden combinar una placa de circuito o un conector encapsulado con juntas, carcasas selladas, barreras de presión y recubrimientos conformados. Cada capa debe tener una función definida, a fin de evitar el uso innecesario de material y una complejidad redundante.
Los programas militares y aeroespaciales pueden especificar materiales concretos o requisitos de homologación, por lo que los documentos de adquisición y los requisitos de ingeniería específicos de cada plataforma deben tener siempre prioridad.
Estas normas proporcionan un contexto útil para la adquisición y la selección de materiales, pero el cumplimiento debe evaluarse siempre en función de la revisión aplicable de la especificación, los requisitos del contrato, la plataforma y el entorno operativo previsto.
La selección de un material de encapsulado para componentes electrónicos requiere considerar el compuesto curado como parte del conjunto electrónico y mecánico completo.
Por lo tanto, el mejor compuesto de encapsulado es aquel específico para cada aplicación, y no simplemente el material que presente el valor más alto en una única propiedad mecánica, eléctrica o térmica.
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