A mecatrônica está em franca evolução no mundo inteiro. E a necessidade de proteger os sistemas eletrônicos em ambientes agressivos, como por exemplo na região do motor de veículos automotivos, fez surgir novos nichos de mercado, como os de alojamentos especiais, que protegem conteúdos sensíveis com segurança. A produção destes alojamentos requer o trabalho de especialistas, que devem se empenhar tanto na técnica em si, como na produção de um produto economicamente viável e de boa qualidade.

A Wagner AG, da Suíça, fabrica alojamentos sob medida para

Fig. 1 – Alojamentos eletrônicos feitos sob medida, com diferentes faixas de preços, para atender a requisitos máximos

todas as demandas, desde aqueles com preços favoráveis, a soluções de alta tecnologia, para atender a exigências elevadas. Em cada caso, é decisivo que se controle ao máximo o processo de produção.

Estes alojamentos constituem peças fundidas, cujas dimensões e superfícies devem ser produzidas com precisão máxima, o que na maioria das vezes evita a necessidade de uma usinagem mecânica posterior. A precisão é decisiva para a segurança da função do alojamento em questão e para a redução dos custos de fabricação.

Nos alojamentos em que as exigências são pequenas, o efeito

Fig. 2 – Alojamento altamente solicitado, com grande área superficial, paredes laterais finas e longas, bancos de resfriamento maciços altura e espessuras das paredes laterais variáveis

Fig. 3 – Parte de um alojamento fundido, estampado e jateado, projetado sob encomenda, com preço favorável

de uma precisão mais acurada fica ainda mais claro, pois nestes casos os processos de usinagem têm forte impacto sobre os custos gerais.

Proteção de uma eletrônica sensível

Os modernos circuitos eletrônicos são altamente sensíveis e, por isso, precisam ser especialmente protegidos.

As exigências no caso dos automóveis são particularmente altas, pois os circuitos eletrônicos muitas vezes precisam ser acomodados diretamente no motor. Os riscos decorrentes disso estão relacionados com a temperatura elevada, a interferência do sistema de ignição e o ataque corrosivo devido à umidade, sais e fluidos operacionais.

Para proteger o conteúdo de todas estas influências, o alojamento precisa em primeiro lugar ser denso, mas ao mesmo tempo ter paredes finas e perfeitas. Além disso, não devem haver distorções, a despeito de suas superfícies com grandes áreas e espessuras de parede finas, pois elas podem prejudicar a vedação.

Adicionalmente, ainda há de se lidar com outras dificuldades, visto que o alojamento não somente tem a função de blindar, mas também atua como um dissipador de calor. Isso significa que a sua superfície de contato precisa ser perfeitamente plana, para que o desempenho do circuito eletrônico seja assegurado.

Deste modo, mesmo um desvio de planicidade de 100 μm, no caso de um alojamento de amplificador com 400 W, pode prejudicar a eficiência do resfriamento. Isso ainda pode se agravar caso na sua superfície exista algum tipo de bolha, pois com uma única elevação com mais de 150 μm a fina folha condutora de calor poderia penetrar e ocasionar um curto-circuito

Fig. 4 – A superfície fundida de contato precisa ser perfeitamente plana e sem elevações, para assegurar o desempenho eletrônico. Em alguns casos, espessuras da camada de ar maiores que 200 μm ou bolhas maiores que 150 μm não são aceitas.

Fig. 5 – Além de espessuras extremamente finas, o alojamento ainda apresenta espessuras de parede de 20 mm ou mais na região dos bancos de resfriamento

entre o alojamento e a parte eletrônica.

Uma solução de alto nível tecnológico

A dificuldade associada à produção destes fundidos é ainda maior quando se considera a necessidade de se assegurar a transferência de calor de alojamentos com espessura de parede extremamente fina e bancos de resfriamento com 20 mm de espessura ou mais. A superação destes requisitos opostos, associados a enormes exigências relacionadas à planicidade, requer uma solução de alto nível técnico. Isso só é conseguido com o controle cuidadoso do fluxo de metal na matriz, a ventilação da sua cavidade e a reprodução exata de todos os parâmetros do processo de produção.

Deste modo, é fundamental o uso de máquinas de fundição sob pres-

Fig. 6 – Mesmo um pequeno empenamento do alojamento pode fazer com que as superfícies de resfriamento dos quatro semicondutores de potência (flechas vermelhas) percam o contato com os bancos de resfriamento (flechas verdes)

são modernas, com regulagem em tempo real.

A tecnologia da matriz também é decisiva para que a simulação da solidificação e a distorção do componente sejam executadas e desempenhem um papel importante. Estes são, entre outros, fatores decisivos para o conteúdo exato da geometria objetivada, assim como para a ausência de porosidades nos alojamentos.

Em alguns casos, é esperado haver a necessidade de compensar

Fig. 7 – Os furos para a fixação da parte eletrônica precisam ser fundidos com dimensões exatas. Para isso, as marcações dos machos são de máxima precisão, com algumas versões revestidas.

Fig. 8 – Instalação especial de lavagem, que possibilita a manutenção da segurança do processo com relação ao teor de poluentes residuais requerido e o tamanho das partículas

alguma distorção do componente fundido, por meio de ajustes na geometria da matriz.

A acomodação correta da eletrônica requer a observação de outros aspectos reais. Com o desenvolvimento das placas de circuito impresso, a tendência é a produção de componentes cada vez menores, cujas conexões são realizadas com condutores impressos (vias de condução) cada vez mais finos. O resultado é uma maior sensibilidade às tensões mecânicas e às partículas mecânicas soltas.

A placa de circuito impresso é tensionada mecanicamente ao ser instalada, por exemplo devido a um desvio dimensional, erro de ângulo dos parafusos de aperto ou empenamento da superfície de cobertura. Isso pode arruinar o contato dos condutores impressos, conduzindo a defeitos decorrentes da carga térmica alternante cíclica entre as fases operacional e não operacional.

Fig. 9 – As placas eletrônicas modernas apresentam pequenas distâncias entre os condutores impressos (vias de condução) e os contatos. Assim, pequenas partículas podem causar danos quando alcançam as placas de circuito impresso.

Fig. 10 – Para a esmaltação parcial por pó deste alojamento, dispositivos de cobertura apropriados precisam ser elaborados. A cor preta ajuda na transferência do calor, além da parte óptica.

revestidas e de alta precisão. Para o seu posicionamento, são especificadas tolerâncias apertadas.

A limpeza do alojamento também desempenha um papel muito importante. Com base nas pequenas distâncias dos condutores impressos e dos contatos, mesmo as menores partículas metálicas, como as resultantes de esfoliações superficiais, e pequenas marcas ou resíduos de jateamento, podem ocasionar danos quando alcançam as placas de circuito impresso.

Para satisfazer às especificações dos clientes no campo da eletrônica

Fig. 11 – O alojamento foi complementado com uma tampa fabricada em chapa estampada e curvada (foto: Klaus Vollrath)

 

automotiva, existem instalações de lavagem especiais. Nelas, o teor de resíduos requeridos e o tamanho dos grãos das partículas permanecem dentro do campo de tolerância especificado.

 

Fig. 12 – Fotografia aérea da empresa Wagner AG, da Suíça (foto: Wagner AG)

 

Nestes equipamentos de lavagem há bicos orientados e filtros com diferentes dimensões de malha, de modo que partículas com 100 a 330 μm podem ser removidas com segurança.

Para a certificação da limpeza e capacidade de molhabilidade da superfície, são realizados teste principalmente na região da superfície de contato do resfriamento.

De acordo com as solicitações dos clientes, a Wagner AG ainda oferece alguns serviços suplementares, como a esmaltação. Neste caso , é aplicada uma esmaltação à base de pó ou esmaltação KTL (de kathodische tauch lackierung ou esmaltação por imersão catódica). A empresa ainda realiza esmaltações parciais, para as quais são construídos dispositivos de cobertura apropriados.Também é possível adicionar elementos decorativos aos alojamentos, como tampas feitas por puncionamento, estampagem ou curvamento da chapa.

É importante que todos os serviços adicionais sejam de responsabilidade de somente uma empresa, o que elimina fornecedores e facilita o organograma do cliente.

Parceria com o cliente

A atuação da Wagner AG começa já na fase de desenvolvimento do conceito dos alojamentos requeridos por seus clientes. É importante que se tente eliminar ou pelo menos diminuir possíveis

regiões com problemas, já na fase preliminar do projeto.

Este trabalho conjunto entre fundição e cliente é muito produtivo para ambos, pois até 80% dos custos são determinados nesta fase.

Em muitos casos, é produzido um protótipo composto por componentes puncionados ou feitos a partir de chapas, para então desenvolver o componente integrado fundido sob pressão.

Por esta razão e devido à adequação requerida do alojamento para a montagem automática da placa de circuito impresso, tanto as posições quanto as dimensões dos furos dos parafusos precisam estar dentro de tolerâncias especialmente apertadas. Para os machos com cuja ajuda são conformados os furos dos parafusos, a Wagner AG utiliza versões especiais