Los 10 mejores consejos para escoger las envolventes de plástico o metálicas

Escrito por Russell Irvine

Hammond Electronics

Traducido y adaptado por BoxPoint, s.l.

Has diseñado tu nuevo equipo electrónico y especificado los componentes de la placa. Has creado un prototipo, ya sea en una placa de desarrollo para verificar la funcionalidad y el rendimiento, o en un diseño final de PCB (Printed Circuit Board, o placa de circuito impreso). Se ha depurado, probado, ajustado, probado nuevamente y finalmente se cerró la producción. Hasta aquí todo bien.

Ahora todo lo que hay que hacer es decidir la elección de la envolvente para ello.

En el mundo ideal, la caja se habría seleccionado mucho antes en el proceso, de modo que, en particular, se conocerían las limitaciones de tamaño de la PCB.

En el mundo real, la última pregunta es normalmente, "¿qué tamaño de caja necesito?".

Enumeramos a continuación, en base a nuestra amplia experiencia como fabricante de envolventes, los criterios que deben considerarse a la hora de especificar la caja que va a proteger la electrónica.

Estos criterios se relacionan con envolventes estándar o modificados que normalmente son la mejor opción para aplicaciones de volumen bajo / medio (hasta 3000 uds aprox.). Para productos orientados al consumidor, donde se espera que los volúmenes sean mucho más altos, una envolvente totalmente personalizada suele ser el mejor enfoque.

1.      Tamaño

La serie más fundamental de preguntas. ¿De qué tamaño es la PCB? ¿Se va a montar horizontal o verticalmente? Muchas envolventes de plástico tienen ranuras interiores en los laterales para el montaje vertical, y soportes interiores para el montaje de la PCB en la tapa y la base para el montaje horizontal. Las cajas de aluminio extruido generalmente tendrán ranuras en profundidad en los laterales para el montaje horizontal de la PCB.

¿Cuánto espacio se necesita en las superficies externas para los indicadores, interruptores, conectores, entradas de cable y componentes similares que se requieren? ¿Qué altura se requiere para los componentes montados en placa o múltiples placas horizontales?

2.       Entorno de montaje

¿Dónde se usará el producto? ¿Dentro, fuera o posiblemente ambos? Para la instalación en exteriores, la protección ante los rayos UV es un problema potencial para las cajas de plástico. Para aplicaciones móviles como en vehículos de carretera o ferrocarril, ¿hay que tener en cuenta los posibles golpes y vibraciones a los que estará sujeto el equipo? ¿Será la entrada de polvo y agua algo a considerar? Vea el punto 4 a continuación.

¿Es probable que haya contaminantes presentes: aceites, productos químicos, etc. ¿Es la resistencia al daño por impacto un posible problema? Si es así, las carcasas metálicas suelen ofrecer una mejor resistencia que las de plástico. ¿Se esperan temperaturas particularmente altas o bajas?

3.     Material

Para equipos pequeños, la elección es típicamente entre plástico, aluminio y GRP (GlassFiber Reinforced Plastic, o plástico reforzado con fibra de vidrio). Los materiales plásticos más utilizados son ABS y Policarbonato (PC).

La resistencia al fuego es también una consideración. El estándar relevante es UL94, que especifica una quemadura vertical u horizontal. La prueba más estricta es la prueba de quemado vertical; el material se clasificará como V0, V1 o V2 donde V0 es el rendimiento más alto.

El policarbonato o GRP normalmente se especificaría para uso en exteriores debido a su mejor resistencia a la fragilidad UV y a la decoloración del color que el ABS.

Las carcasas de aluminio son de fundición (denominado también die-cast) o extrusión. Ambos son robustos y ofrecen una buena resistencia al impacto y son intrínsecamente conductores de electricidad, aunque los acabados pintados o anodizados no deben cubrir las áreas de contacto para preservar la continuidad en todo el recinto. Algunos diseños de cajas extruidas ofrecen características tales como aletas múltiples, para aumentar significativamente el área de superficie para mejorar la disipación de calor. Las carcasas de aluminio fundido a presión son fuertes y robustas; no se corroen, son conductores de electricidad, tienen un nivel intrínsecamente alto de atenuación electromagnética y se mecanizan fácilmente. Con una junta adecuada instalada entre la tapa y la base, se puede lograr un sellado ambiental de IP68 fácilmente. Tales envolventes pueden fundirse con paredes relativamente delgadas, aunque siempre serán mucho más pesadas que las de plástico moldeado de tamaño equivalente. Para aplicaciones donde la protección contra daños por choque es importante, donde es probable que EMC sea un problema o donde se espera que haya altas temperaturas, polvo o agua, la caja de fundición a presión es la opción ideal de bajo costo.

En un siguiente artículo hablaremos más sobre materiales y sus características.

4.      Sellado Ambiental 

El sellado generalmente se basa en una junta insertada entre la base y la tapa. Para niveles más altos de sellado, también se utilizará una junta compresible. El estándar internacional relevante es IEC 60529. Por lo general, las envolventes con clasificación IP54 son adecuados para uso general. Para la instalación en entornos donde es probable que haya polvo y agua, normalmente se especificaría IP66, 67 ó 68. La calificación más alta es IP69K, que brinda protección contra la limpieza a vapor a alta presión.

En América del Norte, el sellado ambiental de los recintos se define normalmente como un número NEMA (National Electrical Manufacturers Association, o Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos). Las clasificaciones NEMA también requieren características y pruebas adicionales del producto (como la funcionalidad en condiciones de formación de hielo, recintos para áreas peligrosas, agujeros ciegos para conexiones de cables y otros) que no se abordan en las clasificaciones IP.

En un siguiente artículo hablaremos más sobre los grados de protección, y la normativa NEMA.

5.      Apariencia / Estilo

Este es el más subjetivo de los criterios. Las cajas de plástico ofrecen una opción de material opaco, transparente y translúcido en una variedad de colores. Están disponibles tapas con estilo con espacio rebajado para teclados y pantallas de membrana.

Asimismo, las carcasas de aluminio fundido a presión se pueden pintar en una variedad de colores y en diferentes acabados. Los extrusionados pueden tener un acabado anodizado claro o de color.

6.      EMC

En muchas aplicaciones, la protección EMC no es necesaria, pero en otras puede ser una consideración de diseño.

Las cajas de plástico tienen una debilidad específica: en virtud de las propiedades intrínsecas del material en sí, el plástico, a diferencia del metal, no ofrece atenuación EMC. Si la radiación electromagnética (EM) emitida por los componentes electrónicos alojados, o su susceptibilidad a campos externos es un problema potencial, la falta de protección podría ser un problema. Se pueden aplicar recubrimientos de varias espesores con pintura conductiva a las superficies internas de una caja de plástico para proporcionar diferentes grados de atenuación dependiendo de los requisitos del proyecto. Proporcionando así la solución más rentable y técnicamente competente.

Las carcasas de metal, siempre que estén diseñadas de tal manera que exista continuidad eléctrica entre la parte superior, la base y los paneles extraíbles, y que cualquier acabado pintado o anodizado sea puramente para fines decorativos externos, proporcionará un nivel de EMC que probablemente sea más que suficiente. para la mayoría de las aplicaciones. Se usará una junta conductora para unir eléctricamente las dos mitades del armario.

7.     Fijaciones - tornillos cautivos / material / casquillos roscados v directamente en plástico

La base y la tapa que componen la caja obviamente deben fijarse de manera segura en su zona de montaje. Hay dos métodos principales para cajas de plástico y de fundición. En el primero, un tornillo autorroscante une la tapa y la base; en el segundo, un tornillo se acopla con un casquillo roscado moldeado en la base. Este último método es preferible si se preveen aperturas y cierres a lo largo de la vida útil del equipo, un tornillo autorroscante está bien para usos de "cerrar y olvidar". Otro refinamiento, normalmente solo apropiado para el cierre de tornillos, es el uso de tornillos cautivos, que eliminan la posibilidad de que uno de los tornillos se pierda durante la apertura.

8.      Dibujos descargables y materiales de apoyo.

Cualquier fabricante de cajas de buena reputación proporcionará una biblioteca completa de información técnica en su sitio web. Los recursos descargables típicos deben incluir dibujos acotados para ayudar con los requisitos de diseño y modificación, detalles técnicos y atributos clave del producto.

9.       Capacidad de modificaciones a medida

A fin de que una envolvente estándar se adapte a una aplicación específica deberá poder modificarse para cumplir con los requerimientos de cada proyecto. La mejor opción es que sea el propio fabricante que proporcione las modificaciones necesarias, ya sea mecanizado, serigrafía, grabado... para cumplir con los requisitos específicos del proyecto, por lo que no es necesario realizar un pedido sobredimensionado para permitir pruebas.

Los fabricantes de envolventes generalmente podrán proporcionar la solución para el fresado, taladrado, punzonado, grabado, serigrafía, pintura y EMC para su gama de productos estándar. Asimismo, también pueden ofrecer cajas en colores personalizados para cumplir con los requisitos de identificación aplicables o las necesidades de marca corporativa.

10.Soporte técnico del fabricante y distribuidor / disponibilidad estándar del producto

Las cajas estándar para la industria electrónica y eléctrica son fabricadas en una gran variedad de tamaños, estilos y tipos por muchos fabricantes especializados. Una carcasa moldeada, extruida o fundida puede parecer una simple caja, pero de hecho, es el resultado de una amplia experiencia en diseño que ha resultado en una carcasa rica en características, adecuada para su uso en una amplia variedad de aplicaciones y ambientes. Sin embargo, una caja estándar inevitablemente tendrá que modificarse para que se ajuste a su propósito.

La mayoría de los fabricantes y distribuidores mantienen existencias de las cajas estándar en el estante y la tendencia moderna es que los distribuidores ahora se unan a los fabricantes para brindar soporte técnico a sus clientes, trabajando con ellos en la etapa de diseño con el fin de ayudar a elegir la envolvente más apropiada para la aplicación.

Conclusiones

Una mirada superficial a una caja de molde o fundida a presión puede dar la impresión de que es una caja simple, pero en realidad, es el resultado final de una gran cantidad de esfuerzo en diseño y experiencia que se ha invertido para crear la protección más útil y completa para la electrónica, y asegurar su funcionamiento en una amplia variedad de aplicaciones y entornos.

Trabaje con el fabricante de la caja desde una etapa temprana del ciclo de diseño del proyecto para aprovechar la gran experiencia detrás de una envolvente estándar.