Metodi di messa a terra e schermatura in elettronica: pro e contro degli adesivi conduttivi sensibili alla pressione (CPSA) e di altre tecniche

Elementi di fissaggio come le viti metalliche sono da tempo utilizzati per mettere a terra i componenti e sigillare le gabbie metalliche per molti anni.

Vantaggi: gli elementi di fissaggio metallici per la messa a terra e la schermatura garantiscono un'eccellente resistenza meccanica e una conduzione della corrente elettrica affidabile.

Svantaggi: gli elementi di fissaggio meccanici possono essere soggetti a corrosione e vibrazioni. Richiedono strutture metalliche più spesse per garantire stabilità, nonché la creazione di fori filettati, non sempre possibile su componenti di piccole dimensioni o in caso di problemi di spazio. Complicano inoltre l'accesso ad alcuni elementi, come le coperture di schermatura, rendendo riparazioni o modifiche più laboriose.

Questo processo di colatura del metallo d'apporto fuso nei giunti è stato utilizzato per decenni per stabilire legami conduttivi e meccanicamente stabili tra i componenti. La saldatura è stata praticata fino a oggi perché il punto di fusione della lega saldante è tradizionalmente più freddo di quello del materiale circostante.

Vantaggi: la saldatura può contenere metalli conduttivi efficienti come stagno, argento o rame, rendendo semplice ed efficace la creazione di piani di massa uniformi all'interno dei sistemi elettrici.

Svantaggi: le nuove saldature senza piombo possono raggiungere un punto di fusione di 220 °C, rendendole inadatte per componenti elettronici sensibili. Inoltre, i giunti di saldatura sono permanenti, il che complica le modifiche e può generare costi aggiuntivi.

Tipicamente realizzate in acciaio per molle, le spine elastiche sfruttano la compressione e la forza radiale per mantenere a contatto due componenti. Quando vengono compresse, si crea una tensione interna alla spina. Quando vengono rilasciate, questa tensione esercita una pressione tra i componenti, riducendo il rischio di taglio, slittamento o vibrazioni.

Vantaggi: le spine elastiche sono adatte ad applicazioni che richiedono un contatto elettrico con forza moderata, senza fissaggio permanente. Generalmente non richiedono hardware aggiuntivo e possono essere rimosse o sostituite con relativa facilità.

Svantaggi: non sono adatte ad applicazioni che richiedono una forte adesione. Sono più sensibili alle forze assiali rispetto ad altri metodi. Inoltre, vengono solitamente saldate alla scheda a un'estremità (fare riferimento alla sezione sulla saldatura).

Le schiume che incorporano materiali conduttivi sono altamente comprimibili.

Vantaggi: le schiume conduttive offrono un'alternativa leggera ai dispositivi di fissaggio meccanici come viti e bulloni. La loro elevata comprimibilità le rende ideali per colmare fessure ampie o irregolari, spesso in situazioni di messa a terra e schermatura complesse. Le guarnizioni in schiuma sono spesso laminate con un adesivo conduttivo, garantendo una conduzione affidabile e continua, e un'efficace schermatura EMI. Le schiume sono inoltre compatibili con i sistemi pick-and-place automatizzati.

Svantaggi: le schiume sono più sensibili agli ambienti chimici aggressivi e possono degradarsi nel tempo.

I tecnici applicano un materiale come il metallo liquido direttamente sulla scheda. Il materiale utilizzato, che potrebbe essere la pasta d'argento, contiene un solvente che evapora con il calore. Il risultato è uno strato molto sottile, uniforme e conduttivo sulla superficie rivestita.

Vantaggi: questa tecnica è ideale per la messa a terra e la schermatura su scala ridotta di componenti su schede. Produce una pellicola di rivestimento molto uniforme, garantendo prestazioni costanti e un'eccellente adesione al substrato.

Svantaggi: i rivestimenti per evaporazione richiedono attrezzature altamente specializzate. Il processo può quindi essere lungo e costoso, soprattutto per i dispositivi a bassa frequenza che richiedono uno strato metallico più spesso o applicazioni multiple. Inoltre, questi rivestimenti non sempre supportano elementi aggiuntivi come i fogli adesivi.

Tipicamente composti da resine epossidiche bicomponenti, questi adesivi conduttivi vengono miscelati e applicati utilizzando speciali apparecchiature di dosaggio. L'indurimento avviene a temperatura ambiente o tramite riscaldamento.

Vantaggi: a differenza dei fissaggi meccanici, gli adesivi creano un legame continuo su tutta la superficie di contatto. Inoltre, formano legami permanenti a temperature molto più basse rispetto alla saldatura.

Svantaggi: le resine epossidiche richiedono una miscelazione e un'applicazione molto precise. Anche il minimo difetto nella linea di giunzione può causare dispersioni elettromagnetiche (EMI), soprattutto in dispositivi elettronici compatti e potenti che operano ad alte frequenze.