Consigli per il progetto di circuiti: protezione dall’umidità per PCB in ambienti umidi

CircuitStudio

Quando ricontrollo i miei progetti mi vanto di essere sempre estremamente meticoloso. Prima di finalizzare il progetto spendo ore e ore analizzando schemi circuitali, footprint ed i valori corretti di tutti i componenti. Tuttavia ammetto di non applicare lo stesso zelo e perfezionismo anche nel mantenere in buone condizioni la casa dove vivo. Se qualcuno venisse per pulire professionalmente probabilmente si spaventerebbe nel vedere la quantità di polvere che si è accumulata negli angoli dei muri. 

Una volta, e lo racconto con imbarazzo, mi ero dimenticato di lavare per così tanto tempo la vaschetta dei piatti che era diventata la casa di una famiglia di cinque simpatiche lucertole. Se il vostro dispositivo elettronico PCB è posizionato in un ambiente buio e umido questo tipo di rettili sono solo uno dei molti problemi che possono verificarsi. Ecco perché, quando si progetta un circuito, è importante tenere presente in quale ambiente andrà ad essere utilizzato. Gli ambienti umidi sono particolarmente sfidanti, per cui andiamo subito ad esaminare quali sono le problematiche che possono insorgere e come fare per prevenire danni ai circuiti.  

Come proteggere i circuiti elettronici dall’umidità

L’umidità è la quantità di vapore acqueo presente nell’aria e l’umidità relativa è il valore che la quantifica.  

Uno dei problemi principali causati dall’umidità è la formazione di piccole gocce d’acqua sugli elementi elettronici che diventano particolarmente pericolose in quanto sono in grado di corrodere le tracce in rame. La condensazione dell'acqua in PCB alimentati può causare cortocircuiti e danneggiare altri componenti. Oltre a danneggiare direttamente i PCB gli ambienti particolarmente umidi attraggono anche animali, come rettili e insetti, anch’essi in grado, potenzialmente, di causare cortocircuiti.

Nella mia esperienza lavorativa mi sono trovato ad affrontare due volte questo tipo di problemi. In un caso l’emergenza era dovuta ad una colonia di formiche che aveva deciso di costruire un nido all’interno di un dispositivo elettronico. Una volta eliminato il nido non avevo potuto far altro che verificare come il circuito stampato fosse danneggiato irreparabilmente a causa della corrosione. In un’altra circostanza, che preferirei davvero dimenticare, ero stato chiamato ad investigare il motivo di un danno riportato da un circuito di alimentazione solo per trovare una lucertola bruciata attaccata ad esso.

Le piccole gocce d'acqua possono causare cortocircuiti
 

Come evitare che l’umidità assoluta danneggi i sistemi integrati.

Ovviamente tutti vogliono evitare questo tipo di danni. Di seguito abbiamo riportato alcuni consigli per mettere il circuito al riparo dall’umidità.

1. Rivestimento ed involucro protettivi

Il modo più semplice per mantenere il circuito al sicuro e proteggerlo dall’umidità è applicare un rivestimento protettivo e posizionarlo in un involucro chiuso. Questa tecnica fornisce un buon livello di protezione, dato che i componenti ed il rame esposto vengono ricoperti da materiali come acrilico, uretano e silicone. Lo svantaggio di questo approccio è che lavorare sul PCB diventa difficile, dato che prima di rimuovere un componente occorre togliere il rivestimento protettivo per poi riapplicarlo quando si vuole reinstallare il componente.

2. Ventola di aspirazione

Alcuni sistemi integrati vengono inseriti in macchinari industriali e l’umidità che si forma all’interno può diventare un problema serio. Installare una ventola che espelle l'aria al di fuori dell’ambiente chiuso è fondamentale per ridurre temperatura e l’umidità. Il principio di funzionamento è lo stesso di quello degli aspiratori che si trovano comunemente nei bagni.

3. Gel di silice

Anche se non è la soluzione più elegante mettere una busta con del gel di silice insieme al PCB può aiutare a ridurre il livello di umidità dell'aria. Questo è il motivo per cui anche i flaconi di vitamina C contengono al loro interno una bustina di gel di silice. Comunque sia va detto che la silice funziona bene nell'assorbire l’umidità solo se la temperatura si mantiene al di sotto dei 60°.

4. Elementi riscaldanti

Far diventare il sistema integrato un piccolo ma intelligente elemento riscaldante è un metodo efficace per risolvere i problemi legati all’umidità. Questo meccanismo funziona particolarmente bene per i sistemi che sono inseriti in apparecchi industriali per applicazioni all’aperto. Personalmente ho utilizzato un elemento riscaldante per ridurre il livello di umidità relativa e prevenire fenomeni di condensazione nei parchimetri, dove questo problema, specialmente nelle prime ore della mattina, è particolarmente severo.

Invece di scaldare l'aria costantemente è meglio installare nell’involucro, insieme al riscaldatore, anche un sensore di temperatura e umidità. Può essere applicato un algoritmo intelligente proporzionale-integrale-derivativo (PID) che assicura che la temperatura e l’umidità dell’aria vengano regolate in modo continuo e in modo efficiente. Ciò riduce sensibilmente la probabilità che possano formarsi le piccole gocce d'acqua.

 

Aumentare la temperatura fa diminuire l’umidità relativa
 

Dopo aver trasformato il mio sistema integrato in un mini-riscaldatore non ho più avuto problemi di lucertole o di colonie di formiche. Si ricorda di non eccedere la massima temperatura operativa dei componenti che fanno parte del PCB. È possibile aggiungere facilmente la massima temperatura consentita per ciascun componente utilizzando un software per la progettazione di circuiti stampati come Circuit Studio di Altium e ricontrollando la distinta dei materiali.

Avete ulteriori domande su come l’umidità influenza i vostri circuiti stampati? Parlate con un esperto di Altium.   

Osservate Altium Designer in azione...

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