Quero proteger os componentes montados em PCB contra vibrações. Que tipo de cola / substância devo usar? Quais são os componentes mais propensos a falhas devido a vibrações?
Minha preferência:
Borracha de silicone de cura neutra como agente antivibração e vedante de longo prazo. Espere mais de 20 anos de vida.
Se for necessária uma localização mecânica inicial, cola quente (cola hot melt) apenas para manter as coisas no lugar enquanto a borracha de silicone endurece. [Cola quente é uma solução de longo prazo completamente insatisfatória !!!].
Detalhes:
Para uma capacidade de sobrevivência de longo prazo, qualquer coisa que precise de mais resistência mecânica do que as conexões de solda fornecem deve usar restrições mecânicas 'apropriadas', como suportes, braçadeiras de montagem etc.
No entanto , é comum em muitos produtos de consumo que itens mecânicos maiores sejam "mantidos no lugar" ou apoiados mecanicamente por um adesivo. Feito corretamente, esse é um método de fabricação legítimo, embora às vezes desaprovado por designers "adequados".
Solução asiática: o método mais comum em produtos asiáticos é uma cola branca que define um acabamento branco cerâmico duro. Possui boas capacidades e força de ligação inicial, é de configuração rápida e falha miseravelmente em um período de meses a um ano ou mais.
Solução ocidental: O método ocidental mais comum é a cola quente ou cola quente. Possui boas capacidades de ligação inicial, força razoável, conjuntos no tempo necessário para esfriar (dezenas de segundos a minutos, dependendo da quantidade e condução térmica) e falha miseravelmente dentro de um período de meses a um ano ou mais. As pessoas ainda usam e dizem como é bom.
Uma excelente solução: uma excelente solução é a borracha de silicone de cura neutra. Ele possui boas capacidades de ligação uma vez configuradas - elas variam com os materiais, mas estão disponíveis primers ou variantes especiais para materiais difíceis. Possui força razoável, mas baixo módulo (um pouco elástico), portanto resiste às forças de vibração e impacto de maneira excelente. O tempo de configuração pode ser de minutos a muitas horas - geralmente mais longo que mais curto. Uma vez definido, normalmente dura 20 anos ou mais. Os longos tempos de endurecimento não são um problema, desde que o adesivo não sejausado para manter os objetos em posição, mas para adicionar resistência a vibrações a longo prazo. A maioria das borrachas de silicone não flui durante a configuração; portanto, o tempo de configuração não é importante, exceto que a superfície ficará pegajosa no início. "Pele sobre" ocorre normalmente em 10 a 20 minutos. A configuração é alcançada pela ação da umidade atmosférica, portanto, a baixa umidade causa tempos de configuração mais longos. A taxa de configuração total depende da espessura da água, sendo típicas taxas de cerca de 3 mm de profundidade por 24 horas.
Uma excelente combinação em que é necessária a retenção ou localização mecânica usando o adesivo é usar um pouco de cola derretida para manter as coisas no lugar inicialmente e depois usar borracha de silicone como agente de ligação e antivibração a longo prazo.
Além de seu excelente baixo módulo e longa vida útil, os SR são excelentes agentes de impermeabilização e vedação. No entanto, eles não são selantes a vapor - o vapor d'água passará através do SR com o tempo - a água líquida não costuma. Então eles "respiram" - o que pode ser bom ou ruim, dependendo da aplicação.
Observe que a borracha de silicone usada DEVE ser de cura neutra onde componentes eletrônicos ou componentes sensíveis à corrosão são usados. "Normal" SR é a cura ácida e libera ácido acético durante a preparação (cheira a vinagre). Isso "não é muito ruim" em muitos casos, mas pode causar corrosão em aplicações sensíveis.
As borrachas de silicone de cura neutra estão amplamente disponíveis e custam pouco ou nenhum extra. A maioria é "Oxeme" cura e libera oxemes e álcool metílico. O primeiro pode causar corrosão do cobre nu. Cura Oxeme não adequada para policarbonato - use cura por álcool.
Os SRs de cura neutra mais caros são a cura direta do álcool e liberam o álcool metílico na configuração. O manuseio sensato é bom o suficiente. Ventile bem se estiver usando kg de cada vez :-).
A Dow Corning produz uma ampla variedade de SRs, disponíveis na maioria dos países e com dados técnicos extensos. [Nenhuma associação com a Dow Corning além de ser um cliente satisfeito].
Existem inúmeros outros adesivos que meu trabalho para você. As colas de cianoacrilato ajustam-se rapidamente (supercola, cola de elefante), arriscando as superfícies em algumas aplicações e perdem tempo com algumas superfícies. As colas de látex e de contato são de baixo módulo e podem ser úteis. Solventes tendem a ser utilizados, o que pode ter efeitos adversos. Existem outros, mas eu achei a borracha de silicone a melhor em geral.
- Borracha de silicone versus resina epóxi:
Eu não mencionei resina epóxi (ER), e Mike recomendou-a em preferência à borracha de silicone (SR). As resinas epóxi são certamente muito úteis. Eles estão disponíveis com "vidas úteis (tempo útil antes da definição) de menos de 1 minuto a horas e tempo de cura total de uma hora ou mais a um dia ou mais. Temperaturas elevadas aumentam a taxa de cura e reduzem a vida útil da panela. Os ER são geralmente ' 2 potes "- dois componentes diferentes são misturados imediatamente antes do uso. Os SRs também estão disponíveis em formulações de 2 partes, geralmente com tempos de configuração rápidos (minutos a 10 minutos - podem ser mais longos por design).
Um fator que citei como uma vantagem, Mike citou como uma desvantagem. Nós dois estamos corretos (e ambos errados? :-)) e vale a pena entender o porquê.
O fator é "módulo". Módulo (mais apropriadamente "Módulo Elástico") é a razão entre tensão e tensão - a quantidade de deformação experimentada por força aplicada. Existem várias medidas de módulo, principalmente relacionadas a aspectos direcionais das forças e deformações. Mais alguns detalhes aqui neste artigo da Wikipedia sobre módulo de elasticidade. .
As borrachas de silicone são de "baixo módulo" - embora os valores reais possam variar muito de acordo com o design, os normalmente encontrados serão "substancialmente" mais elásticos "do que as resinas epóxi típicas. Mike e eu concordamos com isso :-). um assunto para discussão.
Uma resina epóxi geralmente age da mesma maneira que um grampo ou suporte ou sistema de montagem mecânico. Ele anexa rigidamente o componente a um dispositivo elétrico ou PCB, etc. Borrachas de silicone típicas não são de forma alguma "gelatinosas" - elas são fixadas em uma borracha rígida - geralmente tão flexíveis quanto uma borracha de borracha menos rígida - sólida, mas não concreta. A dureza de uma formulação de borracha não está intuitivamente relacionada ao módulo *, mas os dois estão relacionados o suficiente para serem úteis. Uma escala apropriada para a dureza das borrachas é a escala de dureza "Shore A". Os pneus de carros custariam cerca de Shore A 70 - uma borracha bastante rígida. Um elástico típico seria o Shore A 25-30 - bastante elástico. Estão disponíveis borrachas de silicone que definem um desses extremos, mas a maioria seria intermediária, com uma tendência para o lado rígido na maioria dos casos.
Agora considere, se você já encontrou um amortecedor de vibrações, protetor contra terremotos, montagem à prova de choque, montagem de motor automático, ... - que características mecânicas eles possuem? De que tipo de materiais você espera que sejam feitos?
Se uma montagem exigir rigidez absoluta, não puder tolerar nenhum grau de flexão, precisar ser montada solidamente sem nenhum movimento em relação à montagem - então a borracha de silicone provavelmente não é o material de montagem preferido.
Por outro lado, se houver um grau de isolamento mecânico da vibração, a capacidade de resistir a impactos e grandes movimentos ou forças externas distribuindo as forças envolvidas no espaço e no tempo, a minimização da transmissão da vibração por transferência com perda de energia vibracional, a liberdade de fraturas por estresse e degradação mecânica mínima com a idade é valiosa; as borrachas de silicone serão concorrentes sérios.
M Alin perguntou sobre que tipo de coisas mais precisavam ser coladas.
Normalmente estes são
Objetos pesados que exercem forças substanciais sob impacto (capacitores de lata, caixas de bateria soltas, ...
PCB em slots, conectores de borda, objetos que podem atingir "chicotadas" sob impacto eterno.
Itens retidos exclusiva ou principalmente pelo adesivo.
Essencialmente, objetos que podem se mover sob impacto ou vibração e sofrer danos, se o fizerem.
Amortecedores de borracha - as imagens são links ao vivo
Wikipedia - Durômetro Shore
Materiais mecânicos - Dureza
Shore Comparação Shore A a Shore D (suspeito!)
(* Uma fórmula que relaciona aproximadamente Shore A ao módulo de Young é dada abaixo. É improvável que seja útil nesse contexto.)
Adicionado 4 anos depois:
P: Não entendo suas declarações contraditórias consecutivas "devem usar restrições mecânicas 'apropriadas' [...] Feitas corretamente, esse adesivo é um método legítimo de fabricação". Os adesivos são fantásticos quando, como você mencionou, foram projetados. Se você quiser começar com "tudo deve usar porcas e parafusos", eu indicaria a 3M cujos adesivos mantêm a superfície do edifício mais alto do mundo.
A: Reli ou revi o que escrevi para ver como ele se encaixa.
Concordo que, se você tomar algumas das afirmações em semi-isolamento AND (booleano) com valor absoluto, poderá ver alguma contradição. Se você pegar a pergunta original e o que escrevi como um todo, parecerá razoavelmente bom como está. Eu poderia mudar algumas palavras para remover algumas contradições parciais, mas acho que quem procura conselhos sobre o assunto que lê tudo terá uma idéia extremamente boa do que estou dizendo [[Se o que estou dizendo é válido é outra questão :-)]].
Observo que observo que os SRs de boa qualidade (borrachas de silicone) "duram mais de 20 anos) e são úteis para essa função. E me sinto à vontade com a ideia de que uma folha de material 'adequadamente projetada' adequadamente '( como vidro) pode ser 'seguramente' mantida pelo adesivo durante a vida útil de um edifício, quando todas as premissas forem válidas.
Mas, também sei de vidraças que "só caiu" edifícios e aqui (New ealand) um homem caiu para sua morte, quando ele se inclinou sobre um adesivo retidos altura do piso vidraça completa que, em seguida, caiu :-(.
Ie "Design adequado" e "aplicação adequada" e "suposições válidas" estão ou devem estar dentro dos recursos de designers profissionais - e até às vezes eles entendem errado.
As pessoas que "projetam" sistemas de fixação com menos recursos e capacidades geralmente podem ter muito mais certeza de "acertar" com prendedores mecânicos do que com adesivos.
Eu estive envolvido com o uso de fixação adesiva em talvez 500.000 produtos fabricados em várias fábricas (chinesas) ao longo de vários anos. As lições e experiências foram esclarecedoras :-).
Sim, os adesivos têm seu lugar.
Sim, eu os uso.
E, sim, estou SEMPRE cauteloso e ciente do que pode acontecer.
Nos meus dias na indústria aeroespacial, os pequenos componentes montados "substancialmente" achatados contra a PCB (ou seja, resistores axiais, diodos, CIs DIP, etc.) não exigiam tratamento especial, da mesma forma que componentes SMD. Componentes maiores, como capacitores radiais e componentes orgulhosos da PCB (transistores etc.), foram fixados no local com adesivo de resina epóxi. A borracha de silicone (RTV) foi usada apenas para fixar os parafusos pré-ajustados, pois é flexível e não oferece muita proteção contra o estresse vibracional.
Os PCBs foram fixados ao chassi usando suportes antivibração (borracha nitrílica etc.). Os revestimentos conformes provavelmente também forneceram uma leve proteção adicional.
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SMDs pequenos provavelmente não precisam de fixação mecânica, pois dificilmente exercem uma força sobre a solda, devido ao seu baixo peso, geralmente em miligramas. (Um resistor de chip de película fina 0402 pesa exatamente 1 mg.)
Para componentes maiores, como eletrolíticos grandes, eu não usaria uma cola que permaneça elástica . Esse tipo de cola ainda permite que a peça vibre, embora com uma amplitude menor. Mesmo nessas amplitudes mais baixas por um longo tempo, elas podem causar a solda devido à fluência .
A fluência também pode ocorrer com uma fixação não elástica, se a solda estiver sob estresse quando a cola secar, mas isso não é tão ruim quanto o estresse causado pela vibração.
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de um modo geral, a maioria dos dispositivos possui tensão superficial suficiente na solda para manter os componentes no lugar, mesmo em altas temperaturas e grandes vibrações. Em maior risco seriam os componentes pesados e grandes. se você tiver capacitores eletrolíticos SMD grandes, eu os faria através do orifício, juntamente com qualquer conector.
O único uso de cola no trabalho SMD que consigo pensar é usá-lo para impedir que os componentes caiam durante o refluxo do forno.
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