Cómo montar dispositivos electrónicos en el chasis de un vehículo de manera segura

Evite los condensadores y componentes cerámicos para aplicaciones en condiciones ambientales que incluyen vibraciones y choques. Si no puede evitarlos, elija componentes que utilicen materiales o técnicas de construcción dirigidas a minimizar los llamados "microfónicos". Además, utilice las estrategias de diseño de minimización de microfonía por su cuenta.

La microfonía es un comportamiento no deseado debido al efecto piezoeléctrico de los materiales cerámicos. Por lo general, se manifestará como una ráfaga de tensión espuria cuando el componente esté sujeto a vibraciones mecánicas o choques. Obviamente, puede causar estragos en su circuito, alterando los circuitos digitales y / o activando la conmutación en circuitos analógicos.

Además de las microfónicas, los dispositivos electromecánicos (relés, interruptores, etc.) pueden sufrir perturbaciones por vibración / choque.

Además, la tensión mecánica puede afectar dramáticamente la confiabilidad y precipitar las fallas a menos que la PCB y su carcasa estén diseñadas específicamente para soportar los niveles de vibración y choque:

• Las juntas de soldadura pueden romperse debido a las fuerzas de tensión / compresión.
• Las juntas de soldadura pueden no romperse, pero pueden aplicar fuerza de tensión a algunos componentes y romperlas (el condensador de chip de cerámica es un clásico).
• Los componentes pegados pueden perder (si la cola es demasiado rígida).
• Los componentes electromecánicos pueden engancharse (daños permanentes), especialmente los relés.
• Los PCB pueden romperse, ya sea de forma externa o interna, y los rastros pueden dañarse.
• etc.

Todas estas cuestiones generalmente se tratan a nivel de diseño, teniendo en cuenta las especificaciones ambientales. Las especificaciones impulsan todo lo siguiente:

• La selección de componentes y materiales (confiable bajo vibración, sin microfónicos).
• El diseño eléctrico del circuito (tolerancia a los trastornos).
• El diseño mecánico de la PCB (mayor espacio para los bordes de la PCB, etc.).
• Las huellas en la PCB (huellas más grandes para humedecer mejor las uniones de soldadura, etc.).
• El proceso de soldadura (uniones confiables con buena humectación, sin juntas frías, etc.).
• La interfaz mecánica entre el circuito y su caja. (Es posible que se requieran piezas mecánicas rígidas para evitar los modos de vibración resonante).
• El diseño mecánico del gabinete (para evitar la amplificación de la vibración).
• La interfaz mecánica entre el gabinete y el lugar donde se tiene que montar (para evitar la amplificación de vibraciones y para amortiguar las vibraciones y los golpes tanto como sea posible).

Como puede imaginar, si no aborda todas estas cosas desde el principio, entonces solo puede orar para que funcione bajo vibración / choque y / o intente mitigarla reemplazando algunas partes (cerámica) e intentando para reducir la energía mecánica que está obteniendo tu tabla.

Para los dispositivos prototipo (que deben durar varios meses y pueden fallar ocasionalmente), generalmente es suficiente montar el PCB en inserciones de goma en lugar de tornillos desnudos. Esto reduce en gran medida las aceleraciones máximas que ve su PCB, a la vez que mantiene su prototipo accesible y requiere cambios mínimos de diseño:

Paraproductoscomercialesquedeberíandurar10añosomás,usteddeseaalgomásrobusto.Hevistoelectrónicaautomotrizenlaqueseensamblanlaspartes(oinclusotodoeldispositivoestáencapsulado)con silicona RTV , que ayuda mucho Tanto la robustez mecánica como la transferencia de calor.

La placa flexible agrietará los condensadores cerámicos y otras piezas quebradizas, como las resistencias SMD (que tienen un cuerpo cerámico). También agrietará las juntas de soldadura BGA, si las hay.

La flexión y vibraciones de la placa de menor intensidad harán que X7R y las cerámicas de alto K relacionadas actúen de forma piezoeléctrica. Esto significa que cualquier nodo de alta impedancia (como un sensor o una referencia de voltaje) filtrado por un capacitor cerámico High-K será muy ruidoso. El uso de otros tipos de condensadores resuelve esto.

Ahora, hay varias estrategias para mitigar esto:

• Use componentes resistentes a la flexión (como tapas de cables en J, tapas de terminación flexible, piezas SMD con conductores o incluso partes de orificios pasantes)
• Minimice la flexión y el impacto al llegar a la placa misma

Usted puede hacer que su tarjeta sea más rígida montándola dentro de una caja sólida o en una placa de metal, con muchos tornillos. Se deben tener en cuenta los problemas de gestión térmica.

Puede orientar la placa en una dirección tal que la fuerza de choque principal sea paralela a ella. Las fuerzas perpendiculares al tablero lo harán flexionar más que las fuerzas paralelas a su longitud.

Ahora que tiene una placa rígida con respaldo de metal, puede montarla (o su carcasa) en el chasis utilizando soportes de goma o incluso arandelas de goma.

La idea es evitar la resonancia y crear un filtro de paso bajo mecánico sin un pico en su respuesta de frecuencia.

Una cosa que notará en muchos autos es que los componentes electrónicos a menudo están montados en un recinto, y el recinto está montado en el vehículo. El gabinete puede ser de metal o plástico, los gabinetes de metal están conectados a la tierra del chasis y se usan para dispositivos sensibles al ruido eléctrico (por ejemplo, radios, dispositivos de rastreo / GPS).

Muy a menudo, tanto el montaje de la electrónica en el gabinete, como el montaje del gabinete en el chasis tienen algún grado de flexibilidad amortiguada. Por ejemplo, una pcb se puede montar en casquillos de goma en una caja que está sujeta con clips de plástico. Algunos dispositivos de actualización utilizan almohadillas de espuma adhesiva para montar la PCB. La caja también absorbe parte de la flexión a gran escala en la PCB.

Los prototipos a menudo son peores que los dispositivos de producción, ya que pueden usar tableros más grandes y componentes / conectores más pesados (incluso a través del orificio).