Dieci suggerimenti per la scelta di un involucro elettronico

Sono molti gli aspetti da considerare quando si inizia un nuovo progetto, non per ultimo l'involucro che dovrà contenere i componenti. L'involucro sarà ciò che i consumatori vedranno e con cui interagiranno e il progettista deve assicurarsi che abbia tutte le qualità necessarie per la sua applicazione.

In base all'esperienza di Hammond Manufacturing come produttore di involucri, sono dieci i criteri comuni e fondamentali da tenere a mente quando si sceglie un involucro.

1. Dimensioni

In un mondo perfetto, il contenitore viene scelto prima di progettare la scheda. In questo modo si garantisce che la scheda sia delle dimensioni giuste e, se l'involucro è dotato di montanti, che i fori di montaggio si trovino nel punto giusto. A volte è inevitabile che avvenga il contrario e che l'utente debba abbinare la propria scheda a un involucro.

Quanto è grande la PCB? Deve essere montata in orizzontale o in verticale? Molti involucri in plastica sono dotati di scanalature stampate sui lati per il montaggio verticale diretto o di boccole per il montaggio di PCB stampate sulla parte superiore e sulla base per il montaggio orizzontale. Gli involucri in alluminio estruso sono in genere dotati di fessure laterali a tutta lunghezza per il montaggio orizzontale delle PCB. Quanto spazio deve esserci, se c'è, sulle facce esterne per indicatori, interruttori, connettori, ingressi per i cavi e componenti simili? Qual è l'altezza richiesta per i componenti montati su scheda o per le schede multiple orizzontali?

Figura 1: Involucri in plastica stampati con guide interne per schede serie 1591T di Hammond. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

Figura 2: Un involucro in alluminio estruso con slot per schede CS serie 1455 di Hammond. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

2. Ambiente di installazione

Dove sarà utilizzato il prodotto? All'interno, all'esterno o in entrambi i casi? Per l'installazione all'esterno, la stabilità ai raggi UV è un problema potenziale per gli involucri in plastica, quindi il policarbonato è la scelta predefinita. Per le applicazioni mobili, come quelle stradali e ferroviarie, gli urti e le vibrazioni possono costituire un problema? Esiste il rischio di infiltrazioni di acqua o polvere (v. punto 5)? È probabile che siano presenti contaminanti, come oli o sostanze chimiche? La resistenza ai danni da impatto è un possibile problema? Sono previste temperature particolarmente alte o basse?

L'ABS è ottimo per l'uso in interni e per palmari. Il policarbonato, grazie alla sua buona resistenza alle temperature, alla stabilità ai raggi UV e alla capacità di resistere agli urti, è un buon materiale per gli usi esterni e industriali. Il metallo, come l'alluminio pressofuso, ha una resistenza superiore agli urti e alle temperature.

Figura 3: Involucro in policarbonato con coperchio trasparente serie 1554 di Hammond. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

3. Materiale

Per gli involucri di piccole dimensioni, la scelta è in genere tra plastica (compresi ABS e policarbonato) e metallo (compresi alluminio pressofuso, piegato o estruso e acciaio). Il policarbonato è normalmente indicato per l'uso all'aperto, perché resiste meglio dell'ABS alla fragilità e allo scolorimento causato dal sole.

Gli involucri in alluminio offrono una buona resistenza agli urti e sono intrinsecamente elettroconduttivi, anche se le finiture verniciate o anodizzate non devono coprire le aree di accoppiamento per preservare la continuità in tutta l'involucro. Alcuni design estrusi offrono caratteristiche quali alette multiple per aumentare la superficie e migliorare la dissipazione del calore. Gli alloggiamenti in alluminio pressofuso sono resistenti e robusti, non si corrodono, sono elettroconduttivi, hanno un livello intrinsecamente elevato di attenuazione elettromagnetica e sono facilmente lavorabili a macchina. Per le applicazioni in cui è importante la protezione contro gli urti, in cui la compatibilità elettromagnetica può essere un problema o in cui si prevede la presenza di temperature elevate, polvere o acqua, l'involucro pressofuso è la scelta ideale a basso costo.

4. EMC (compatibilità elettromagnetica)

Gli involucri in plastica hanno un punto debole: non offrono alcuna attenuazione EMC. Se le EMI o le RFI emesse dai componenti elettronici alloggiati o la loro suscettibilità ai campi esterni destano preoccupazioni, la mancanza di schermatura potrebbe essere un problema. Alle superfici interne di un involucro di plastica possono essere applicati rivestimenti in diversi materiali per ottenere diversi gradi di attenuazione in base ai requisiti del progetto. Offrendo diversi materiali in vari spessori, è possibile fornire la soluzione più economica e tecnicamente appropriata.

Gli involucri metallici, a condizione che siano progettati in modo tale da garantire la continuità elettrica tra la parte superiore, la base e i pannelli rimovibili, forniranno un livello di EMC probabilmente più che sufficiente per la maggior parte delle applicazioni commerciali. Per collegare elettricamente le due metà dell'involucro viene utilizzata una guarnizione metallica.

5. Sigillatura ambientale

L'involucro sarà soggetto a rischi ambientali come acqua o polvere? Lo standard internazionale di riferimento è la norma EN 60529, che definisce le classi come IPXX, dove la prima cifra indica la protezione contro gli oggetti solidi e la seconda la protezione contro l'ingresso di acqua.

In genere, gli involucri con grado di protezione IP54 sono adatti per l'uso generale. Per l'installazione in ambienti in cui è probabile la presenza di polvere e acqua, di norma è necessario specificare il grado di protezione IP66, 67 o 68, da raggiungere con l'uso di una guarnizione. Il grado più elevato è IP69K, che garantisce la protezione contro la pulizia a vapore ad alta pressione. In Nord America, la tenuta ambientale degli involucri è normalmente definita da un numero NEMA (National Electrical Manufacturers Association). Le classificazioni NEMA richiedono anche caratteristiche e test aggiuntivi per i prodotti, come la funzionalità in condizioni di congelamento, i fori per le connessioni dei cavi e altri aspetti non contemplati dalle classificazioni IP.

Figura 4: Alcuni involucri, come questo della serie 1551SNAP, sono progettati per l'ingresso ambientale, per applicazioni di rilevamento. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

6. Minuteria

I pannelli e i coperchi degli involucri devono essere fissati alla loro metà accoppiata; esistono due metodi principali per gli involucri in plastica e pressofusi. Una vite autofilettante viene fissata direttamente nel materiale della base, oppure una vite meccanica si accoppia con un inserto filettato (o boccola) situato nella base. Una vite meccanica è preferibile se si prevedono aperture e chiusure ripetute durante la vita utile dell'apparecchiatura, mentre una vite autofilettante è sufficiente per le applicazioni permanenti.

Figura 5: Un involucro in plastica economico senza inserti in ottone (a sinistra) e un involucro in plastica ignifuga con inserti in ottone (a destra) della serie 1591 di Hammond. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

7. Aspetto

Anche se l'estetica può essere certamente soggettiva, l'utente ha probabilmente almeno un'idea generale di ciò che piace in un prodotto. Gli involucri in plastica offrono una scelta di materiali opachi e traslucidi in una varietà di colori e sono leggeri, molti con coperchi incassati per tastierini e display a membrana. Gli involucri estrusi hanno un'elegante finitura anodizzata che può essere abbinata ad accessori come le lunette in plastica colorata per un look di grande effetto. Gli involucri in alluminio pressofuso possono essere verniciati in molti colori diversi e sono preferiti per prodotti altamente personalizzati come i pedali per chitarra. A volte un involucro pressofuso robusto e non rifinito è tutto ciò di cui l'utente ha bisogno!

Figura 6: Involucri in alluminio pressofuso "stomp box" verniciati serie 1590 di Hammond. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

8. Disponibilità del prodotto e dell'assistenza

Gli involucri standard per il settore elettronico ed elettrico sono prodotti in moltissimi formati, stili e tipi da molti produttori specializzati. Un involucro stampato, estruso o pressofuso può sembrare una semplice scatola, ma in realtà è il risultato di un'ampia esperienza di progettazione che ha dato vita a un involucro ricco di funzioni, adatto all'uso in un'ampia varietà di applicazioni e ambienti. I distributori tengono a scaffale ampie scorte di involucri standard e la tendenza più recente è che i distributori si uniscono ai produttori nel fornire assistenza tecnica ai loro clienti, collaborando con loro nella fase di progettazione per aiutarli a scegliere quello più adatto all'applicazione.

9. Disegni e materiali di supporto scaricabili

Qualsiasi produttore e distributore di involucro di buona reputazione metterà a disposizione sul proprio sito web una libreria completa di informazioni tecniche. Le risorse tipicamente scaricabili includono disegni quotati in formato PDF e CAD per assistere nei requisiti di progettazione e modifica, dettagli tecnici e attributi chiave dei prodotti.

Figura 7: I disegni quotati sono disponibili per il download per tutti gli involucri di Hammond. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

10. Personalizzazione

Tutti gli involucri devono essere modificati in qualche modo per essere utili, ad esempio aggiungendo fori per i connettori o stampando etichette e un logo. Hammond offre servizi di lavorazione e stampa con una piccola quantità di ordinazione minima. Il tipo di involucro aprirà possibilità uniche per la personalizzazione. Ad esempio, è possibile installare elementi di fissaggio a pressione come i distanziatori negli involucri metallici, personalizzare la lunghezza degli involucri in alluminio estruso e modellare gli involucri in plastica con colori personalizzati. Per ulteriori informazioni sulla personalizzazione degli involucri, visitare la pagina Involucri personalizzati di DigiKey.

Figura 8: Un involucro in alluminio estruso serie 1455 personalizzato con mascherine, intagli e stampa colorata. (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing)

Conclusione

Non tutti questi suggerimenti valgono per ogni progetto, ma considerarli aiuterà il progettista a tenere a mente il quadro generale, conoscendo la disponibilità a breve e a lungo termine di un particolare involucro, nonché le dimensioni dell'involucro perfetto per il suo prossimo progetto. Tenere conto dei requisiti dimensionali e tecnici, nonché della fattibilità e dell'estetica, assicura il successo di ogni progetto, dal prototipo al lancio del prodotto.