Métodos de conexión a tierra y apantallamiento en electrónica: pros y contras de los CPSA y otras técnicas

Las fijaciones como los tornillos metálicos se utilizan desde hace muchos años para conectar a tierra los componentes y sellar las cajas metálicas.

Pros: las fijaciones metálicas para la conexión a tierra y el apantallamiento proporcionan una excelente resistencia mecánica y pueden ser fiables para dirigir la corriente eléctrica.

• Contras: las fijaciones mecánicas pueden ser sensibles a la corrosión y a las vibraciones. Requieren estructuras metálicas más gruesas para su estabilidad y la perforación de orificios roscados, lo que no siempre es posible en componentes pequeños o con limitaciones de espacio. Las fijaciones metálicas tampoco permiten acceder fácilmente en casos como las tapas de las cajas de apantallamiento, lo que hace que las reparaciones y las actualizaciones puedan convertirse en auténticas complicaciones.

Este proceso de introducir metal fundido en las juntas se lleva empleando desde hace décadas para establecer uniones mecánicamente estables y conductoras entre los componentes. La soldadura ha resultado práctica hasta la fecha porque el punto de fusión de la soldadura es tradicionalmente más frío que el del material circundante.

Pros: la soldadura puede contener metales conductores óptimos como el estaño, la plata y el cobre, lo que facilita y hace más eficaz la creación de planos de tierra uniformes en los sistemas eléctricos.

• Contras: las soldaduras sin plomo más novedosas pueden tener un punto de fusión de hasta 220 °C (428 °F), que no es lo ideal para la electrónica sensible. Las uniones soldadas también son permanentes, lo que hace que la reelaboración resulte incómoda y potencialmente costosa.

• Normalmente fabricados con acero para muelles, los pasadores de resorte combinan la compresión y la fuerza radial para mantener unidos dos componentes. Cuando se comprime, la tensión se acumula dentro del pasador. Cuando se libera la tensión, ejerce fuerza entre los componentes para ayudar a evitar el cizallamiento, el deslizamiento y las vibraciones.

  Pros: los pasadores de resorte son una buena elección para las aplicaciones que requieren un contacto eléctrico con una fuerza menor frente a los métodos de fijación permanente. No suelen requerir herrajes adicionales y pueden retirarse y sustituirse con relativa facilidad.

  • Contras: los pasadores de resorte no suelen utilizarse para aplicaciones que requieren una gran adherencia. Son más susceptibles a la fuerza axial que otros métodos. Además, generalmente se sueldan a la placa por un extremo (véase la soldadura más arriba).

Las espumas embebidas con materiales conductores son altamente compresibles.

Pros: las espumas conductoras son alternativas ligeras a las fijaciones mecánicas como los tornillos y pernos. Su alta compresibilidad las hace ideales para rellenar huecos anchos e irregulares, retos particulares para la conexión a tierra y el blindaje. El material de las juntas de espuma se lamina a menudo con adhesivo conductor para conseguir vías de conexión a tierra fuertes y uniformes, así como un apantallamiento EMI eficaz en las líneas de unión. Las espumas también pueden utilizarse con equipos «pick and place» y otros equipos de montaje automatizado.

• Contras: las espumas pueden ser más sensibles a los productos químicos y otros entornos agresivos y pueden degradarse con el paso del tiempo.

• Los técnicos aplican un material, como metal líquido, a la propia placa. Este material, por ejemplo, la pasta de plata, contiene un disolvente que se evapora cuando se calienta el metal. De este modo, queda una capa conductora muy fina y uniforme sobre la superficie que se recubre.

  Pros: esta técnica es buena para la conexión a tierra y el blindaje de componentes a menor escala, a nivel de placa. Puede proporcionar un revestimiento de película extremadamente uniforme para un rendimiento uniforme, y puede crear una adhesión muy fuerte al sustrato.

  Contras: el revestimiento por evaporación requiere un equipo muy especializado. Por lo tanto, puede ser un proceso lento y costoso, especialmente para los dispositivos de baja frecuencia que necesitan un metal más grueso y múltiples revestimientos. Los revestimientos por evaporación tampoco admiten soluciones complementarias, como las láminas adhesivas, en todos los casos.

Generalmente compuestos por epoxis líquidos de dos componentes, estos adhesivos conductores suelen mezclarse y aplicarse con un equipo dispensador especializado y se endurecen con calor o a temperatura ambiente.

Pros: a diferencia de las fijaciones mecánicas, los adhesivos pueden crear una unión sólida en toda la superficie de contacto. También forman uniones permanentes a temperaturas mucho más frías en comparación con la soldadura.

• Contras: los epoxis requieren una mezcla y aplicación precisas, ya que incluso las líneas de unión más ínfimas pueden permitir fugas de EMI en los pequeños y potentes aparatos electrónicos actuales, especialmente a altas frecuencias.