I composti di incapsulamento elettronici sono materiali isolanti e protettivi utilizzati per incapsulare componenti elettronici, circuiti stampati, connettori e gruppi di componenti nei sistemi senza pilota. I materiali epossidici, poliuretanici, siliconici e gli incapsulanti speciali sono in grado di proteggere i componenti elettronici da umidità, agenti contaminanti, vibrazioni, dispersioni elettriche e cicli termici.
Questa pagina presenta i produttori di composti di incapsulamento e le relative soluzioni per controllori di volo, computer di missione, azionamenti dei motori, carichi utili e terminazioni dei cavi.
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I composti di incapsulamento elettronici sono materiali isolanti utilizzati per rivestire componenti elettronici, circuiti stampati, connettori e assemblaggi con una resina protettiva o un elastomero. Una volta indurito, un composto di incapsulamento può contribuire a isolare l’hardware sensibile da umidità, agenti contaminanti, vibrazioni, dispersioni elettriche e altre sollecitazioni ambientali a cui sono soggette le piattaforme senza equipaggio.
La scelta del composto di incapsulamento più adatto per l’elettronica richiede un equilibrio tra la protezione ambientale e i requisiti elettrici, meccanici, termici e di produzione. I veicoli aerei senza pilota (UAV), i veicoli terrestri senza pilota (UGV), i veicoli marini autonomi e i sistemi robotici possono imporre ulteriori vincoli ai materiali di incapsulamento per l’elettronica, tra cui peso ridotto, cicli termici, immersione, urti, vibrazioni e manutenzione limitata.
Un composto di incapsulamento epossidico offre in genere un’elevata adesione, isolamento elettrico, resistenza chimica e una struttura indurita relativamente rigida. L’incapsulamento epossidico è indicato per l’incapsulamento di circuiti stampati (PCB), moduli di potenza, sensori e assemblaggi che richiedono un rinforzo meccanico. Gli ingegneri devono tenere conto del ritiro da indurimento, dell’esotermia, della rigidità e delle differenze di dilatazione termica tra la resina epossidica elettrica e i componenti incapsulati, in particolare durante cicli termici ripetuti.
I materiali poliuretanici offrono generalmente una maggiore flessibilità rispetto alle formulazioni epossidiche rigide e sono in grado di assorbire vibrazioni, urti e movimenti tra materiali dissimili. Ciò rende l’incapsulamento elettronico in poliuretano utile laddove sia richiesta una tenuta ambientale senza eccessivi vincoli meccanici. È necessario valutare la resistenza all’acqua, alle sostanze chimiche, alla temperatura e all’idrolisi in relazione all’ambiente di impiego previsto per i sistemi senza equipaggio, specialmente in caso di utilizzo prolungato in condizioni di umidità o immersione.
Composto epossidico flessibile MT382 per l’incapsulamento di componenti elettronici di Permabond
Un composto di incapsulamento al silicone è in grado di fornire isolamento elettrico pur rimanendo relativamente flessibile al variare delle temperature. I materiali siliconici sono utili nei casi in cui i componenti sensibili potrebbero subire sollecitazioni a causa di un incapsulante più rigido. Le loro proprietà possono essere adatte all’incapsulamento aerospaziale, all’elettronica dei sensori, ai gruppi di alimentazione e a cicli termici intensi, sebbene l’adesione, la compatibilità chimica, la resistenza meccanica e la permeabilità varino a seconda delle formulazioni.
I materiali di incapsulamento elettronici speciali rispondono a requisiti che le formulazioni standard a base di resina epossidica, poliuretano o silicone potrebbero non soddisfare. Tra questi figurano i composti di incapsulamento induribili ai raggi UV per una lavorazione rapida, i composti a bassa viscosità per spazi ristretti e quelli otticamente trasparenti per specifici sensori o gruppi ottici. I materiali di incapsulamento per le radiofrequenze (RF) possono richiedere caratteristiche dielettriche controllate, affinché l’incapsulamento non influisca negativamente sulle prestazioni ad alta frequenza.
I piloti automatici, i controllori di volo, le unità di controllo dei veicoli e i computer di missione possono essere soggetti a vibrazioni, condensa, polvere e ripetuti sbalzi di temperatura. L’incapsulamento dell’elettronica può fornire una barriera fisica ed elettrica, ma il materiale deve anche adattarsi a processori che generano calore e a componenti che richiedono ispezione o riparazione.
I sistemi di gestione delle batterie, le schede di distribuzione dell’alimentazione, i convertitori e i componenti elettronici ad alta corrente possono trarre vantaggio dalla protezione contro l’umidità e la contaminazione elettrica. I composti di incapsulamento per batterie richiedono particolare attenzione all’isolamento elettrico, al comportamento termico, alla compatibilità dei materiali e al calore generato durante il normale funzionamento o in condizioni di guasto. Ove pertinente, occorre considerare anche il comportamento alla fiamma e la propagazione del calore.
I controllori dei motori, i regolatori elettronici di velocità e l’elettronica degli azionamenti elettrici combinano le vibrazioni con carichi termici concentrati. Un composto di incapsulamento termoconduttivo può contribuire a trasferire il calore verso un involucro o una struttura di dissipazione del calore, mantenendo al contempo l’isolamento elettrico. La conduttività termica da sola non è sufficiente, poiché la resistenza di interfaccia, lo spessore dell’incapsulamento, il design dell’involucro e l’intero percorso termico influiscono sulla dissipazione del calore.
I ricevitori del Sistema globale di navigazione satellitare (GNSS), l’elettronica di navigazione inerziale, le radio e i moduli di collegamento dati richiedono una protezione che non comprometta l’integrità del segnale. In prossimità di circuiti RF o antenne, le proprietà dielettriche, lo spessore e la geometria di un materiale di incapsulamento elettronico sono fondamentali, poiché l’incapsulante può alterare il comportamento elettrico.
Telecamere, sensori ambientali, sistemi elettronici di rilevamento e misurazione della distanza tramite luce (LiDAR), sistemi acustici e altri carichi utili possono contenere elementi robusti e altamente sensibili. L’incapsulamento selettivo è in grado di proteggere i circuiti stampati o le interfacce dei cavi, lasciando al contempo liberi da ostacoli lenti, aperture, trasduttori, elementi di calibrazione e componenti riparabili.
L’incapsulamento dei connettori può rinforzare le terminazioni dei cavi e contribuire a tenere lontani umidità e contaminanti. Un composto di incapsulamento per connettori elettrici deve aderire correttamente al connettore, al guscio posteriore, alla guaina del cavo e al cablaggio, tollerando al contempo le sollecitazioni presenti nel punto di transizione tra il cavo flessibile e l’hardware rigido.
I veicoli subacquei autonomi (AUV), i veicoli telecomandati (ROV), i veicoli di superficie senza equipaggio (USV) e altri sistemi marini possono richiedere che i componenti elettronici resistano a umidità persistente, acqua salata e pressione esterna. Un composto di incapsulamento subacqueo può proteggere l’elettronica dei sensori, le terminazioni dei cavi e i gruppi interni; tuttavia, è necessario valutare l’assorbimento d’acqua, la deformazione legata alla pressione, l’adesione, la presenza di vuoti e la stabilità a lungo termine in relazione alla profondità prevista e alla durata dell’impiego.
Un rivestimento conformazionale forma un sottile strato protettivo su un circuito stampato, mentre l’incapsulamento circonda i componenti con una quantità di materiale notevolmente maggiore. I composti di incapsulamento possono fornire un maggiore rinforzo meccanico e un migliore isolamento ambientale, ma aumentano la massa e possono rendere più difficili l’ispezione, la gestione termica, la diagnosi dei guasti e la riparazione.
L’incapsulamento e il sovrastampaggio sono processi strettamente correlati, con una terminologia che varia a seconda delle applicazioni. L’incapsulamento consiste solitamente nel riempire un involucro o una cavità definita con resina, mentre il sovrastampaggio consiste nel modellare il materiale attorno a un componente utilizzando uno stampo e un processo controllato. Il metodo appropriato dipende dal volume di produzione, dalla geometria, dagli stampi, dal comportamento del materiale e dal livello di protezione richiesto.
L’incapsulamento completo massimizza la copertura, ma può aumentare la massa, l’utilizzo di materiale e la difficoltà di riparazione. L’incapsulamento parziale applica la protezione solo dove necessario, ad esempio attorno a componenti ad alta tensione, ingressi dei cavi, aree sensibili del PCB o parti soggette a vibrazioni. Ciò può rivelarsi prezioso per i velivoli senza pilota soggetti a vincoli di dimensioni, peso e potenza (SWaP).
L’incapsulamento non deve necessariamente sostituire la sigillatura dell’involucro. I progettisti possono combinare un circuito stampato o un connettore incapsulato con guarnizioni, alloggiamenti sigillati, barriere di pressione e rivestimenti conformi. Ogni strato dovrebbe avere una funzione definita, in modo da evitare l’uso di materiale superfluo e una complessità ridondante.
I programmi militari e aerospaziali possono specificare materiali particolari o requisiti di qualificazione; pertanto, i documenti di appalto e i requisiti ingegneristici specifici della piattaforma devono sempre avere la precedenza.
Tali norme forniscono un utile contesto per l’approvvigionamento e la selezione dei materiali, ma la conformità deve sempre essere valutata in base alla revisione applicabile delle specifiche, ai requisiti contrattuali, alla piattaforma e all’ambiente operativo previsto.
La scelta di un materiale di riempimento per l’elettronica richiede di considerare il composto indurito come parte integrante dell’intero assemblaggio elettronico e meccanico.
Il miglior composto di incapsulamento è quindi specifico per l’applicazione, piuttosto che semplicemente il materiale con il valore più elevato per una singola proprietà meccanica, elettrica o termica.
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