Recubrimientos conformados: comparación de barnices protectores para placas de circuito impreso

Los componentes electrónicos están expuestos a numerosas influencias ambientales durante su funcionamiento: humedad, polvo, productos químicos, cambios de temperatura y cargas mecánicas. Los recubrimientos conformados, finas capas protectoras que se adaptan a la geometría de las placas de circuito impreso, constituyen la primera línea de defensa contra estas influencias. Pero, ¿qué material es el más adecuado para cada aplicación? Este artículo técnico compara las cinco clases de materiales más habituales, explica los métodos de aplicación y ofrece ayuda práctica para la toma de decisiones a desarrolladores y responsables de producción.

¿Qué son los recubrimientos conformados?

Los recubrimientos conformados son capas finas de polímero (normalmente de entre 25 y 75 micrómetros) que se aplican a las placas de circuito impreso equipadas para proteger los componentes electrónicos de las influencias ambientales. El término «conformal» significa que el recubrimiento se adapta a la geometría tridimensional del conjunto, siguiendo los contornos de los componentes, las uniones soldadas y las pistas conductoras.

Diferencia con respecto a los compuestos de encapsulado

A diferencia de los compuestos de encapsulado, que recubren completamente los componentes electrónicos y alcanzan espesores de varios milímetros, los recubrimientos conformados solo forman una fina capa protectora. Esto tiene ventajas decisivas:

• Menor peso: fundamental para aplicaciones aeroespaciales y dispositivos móviles.
• Mejor disipación del calor: la fina capa apenas influye en la disipación del calor.
• Reparabilidad: los recubrimientos suelen poder retirarse para sustituir los componentes defectuosos.
• Inspección visual: los componentes permanecen visibles para el control de calidad óptico.
• Rentabilidad: menor consumo de material en conjuntos de gran superficie.

funciones de protección

Los recubrimientos conformados cumplen varias funciones protectoras al mismo tiempo:

• Barrera contra la humedad: prevención de la corrosión y la migración electroquímica
• Aislamiento: aumento de la resistencia a la corriente de fuga entre conductores adyacentes.
• Protección mecánica: protección contra la abrasión y los golpes ligeros.
• Resistencia química: protección contra disolventes, aceites y gases agresivos.
• Protección contra el polvo: prevención de cortocircuitos causados por partículas conductoras.
• Protección biológica: defensa contra el moho y los microorganismos en ambientes húmedos.

Comparación de las 5 clases de materiales

Acrílico (AR): el universalista

Los recubrimientos acrílicos son sistemas monocomponentes que se endurecen mediante la evaporación de disolventes. Ofrecen un equilibrio perfecto entre efecto protector, facilidad de aplicación y rentabilidad. Las capas acrílicas son transparentes y permiten inspeccionar los componentes incluso después del recubrimiento. Una ventaja decisiva: se pueden eliminar con disolventes, lo que facilita las reparaciones.

Aplicaciones típicas: electrónica de consumo, electrodomésticos, electrónica industrial no crítica, prototipos.

Poliuretano (UR): el todoterreno

Los recubrimientos de poliuretano combinan una alta resistencia mecánica con una excelente resistencia a los productos químicos. Estos sistemas, en su mayoría bicomponentes, se endurecen mediante una reacción química y forman una capa dura y resistente. Ofrecen una mejor protección que el acrílico, pero son más difíciles de eliminar: las reparaciones requieren lijado o disolventes agresivos.

Aplicaciones típicas: electrónica automotriz (compartimento del motor), controles industriales, equipos mineros, iluminación exterior.

Silicona (SR): la experta en temperaturas

Los recubrimientos de silicona, como los de la serie Bluesil Conformal Coating, se caracterizan por su extraordinaria resistencia a la temperatura. Mantienen su flexibilidad y funcionalidad entre -60 °C y +200 °C. Los recubrimientos de silicona ofrecen una excelente protección contra la humedad y ejercen poca tensión mecánica sobre los componentes, lo que los hace ideales para componentes sensibles a la temperatura. Su flexibilidad los hace insensibles a las vibraciones y los ciclos térmicos.

Aplicaciones típicas: automoción (bajo el capó), iluminación LED, sensores de alta temperatura, aeroespacial, electrónica militar.

Epoxi (ER): el resistente

Los recubrimientos epoxi ofrecen la mayor resistencia mecánica y la mejor resistencia química de todos los recubrimientos conformados. Estos sistemas de dos componentes forman una capa dura y vítrea después del curado. La desventaja: los recubrimientos epoxi son prácticamente irreparables sin dañar el conjunto. Por lo tanto, se utilizan principalmente para aplicaciones de alta fiabilidad en las que es poco probable que se produzcan reparaciones.

Aplicaciones típicas: electrónica militar y aeroespacial, tecnología médica (dispositivos implantables), exploración de petróleo y gas.

Parylene (XY): el especialista

El parileno es un recubrimiento de alto rendimiento que se aplica mediante deposición química en fase vapor (CVD, por sus siglas en inglés). El material de partida gaseoso penetra en las hendiduras más pequeñas y se polimeriza formando una capa absolutamente uniforme y sin poros. El parileno ofrece excelentes propiedades de barrera contra la humedad, es biocompatible según la clase VI de la USP y extremadamente fino (normalmente entre 5 y 30 µm). Los elevados costes de procesamiento limitan su uso a aplicaciones especiales.

Aplicaciones típicas: implantes médicos, electrónica de alta frecuencia, sensores MEMS, aplicaciones aeroespaciales de misión crítica.

Tabla comparativa de los tipos de recubrimiento

Métodos de aplicación para recubrimientos conformados

La elección del método de aplicación influye considerablemente en la calidad de la capa, la velocidad de producción y la rentabilidad. Los siguientes procedimientos se han consolidado en la práctica:

recubrimiento por pulverización

Pistola pulverizadora manual: método flexible para prototipos y series pequeñas. El operario aplica el recubrimiento con una pistola pulverizadora sobre el conjunto enmascarado. Ventajas: bajos costes de inversión, alta flexibilidad. Desventajas: depende de la destreza del operario, reproducibilidad limitada, alta pérdida por exceso de pulverización (30-50 %).

Pulverización automatizada: los sistemas de pulverización controlados por robots siguen trayectorias programadas y garantizan espesores de capa reproducibles. Ideal para cantidades medias a altas. Los sistemas modernos con atomización ultrasónica reducen la pérdida de material al 10-20 %.

Recubrimiento por inmersión (Dip Coating)

El conjunto se sumerge completamente en un baño de recubrimiento y se retira a una velocidad controlada. El espesor de la capa viene determinado por la viscosidad, la velocidad de extracción y el ángulo. Ventajas: recubrimiento uniforme de geometrías complejas, alto rendimiento, mínima pérdida de material. Desventajas: los conectores y los puntos de prueba deben enmascararse laboriosamente, se requiere un gran volumen de baño.

recubrimiento selectivo

Los sistemas de dosificación controlados por ordenador aplican el recubrimiento con precisión solo en los puntos definidos. El conjunto pasa por debajo de una boquilla dosificadora que dispensa el material de forma selectiva. Ventajas: no es necesario enmascarar, consumo mínimo de material, posibilidad de utilizar diferentes materiales en un mismo proceso. Desventajas: más lento que la inmersión o la pulverización, mayores costes de inversión, adecuado principalmente para cantidades medias.

Separación de vapor (CVD para parileno)

Un proceso especial exclusivo para el parileno: la materia prima sólida (dímero) se evapora, se piróliza en monómeros y se condensa en el conjunto a temperatura ambiente para formar un polímero. Todo el proceso se lleva a cabo al vacío. Ventajas: recubrimiento absolutamente uniforme de todas las superficies, sin poros, penetra en hendiduras microscópicas. Desventajas: costes de inversión muy elevados (a partir de 150 000 CHF), solo es rentable el recubrimiento por encargo, proceso por lotes con un ciclo de varias horas.

Normas y estándares

Los recubrimientos conformados para aplicaciones profesionales deben cumplir con normas definidas. Resumen de las normas más importantes:

IPC-CC-830C

La norma central para recubrimientos conformados, publicada por el Instituto de Circuitos Impresos. Define los cinco tipos de recubrimiento (AR, ER, SR, UR, XY) y establece los procedimientos de ensayo y los requisitos mínimos: resistencia de aislamiento, rigidez dieléctrica, resistencia a la humedad, choque térmico, resistencia a los hongos y resistencia al fuego. Los fabricantes indican en las fichas técnicas la conformidad con esta norma.

IPC-A-610

«Aceptabilidad de los conjuntos electrónicos»: la norma más utilizada para la evaluación de la calidad de los conjuntos electrónicos. La sección 10 trata sobre los recubrimientos conformes y define tres clases de aceptación: Clase 1 (electrónica general), Clase 2 (electrónica de servicio dedicada) y Clase 3 (alto rendimiento/fiabilidad). La norma establece qué defectos de recubrimiento (burbujas, espesor irregular, áreas faltantes) son aceptables para cada clase.

MIL-I-46058C (obsoleta, pero referenciada)

Especificación militar del Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Oficialmente sustituida por MIL-STD-202 y MIL-PRF-55110, pero aún se cita con frecuencia en las licitaciones. Define requisitos especialmente estrictos para los ciclos de temperatura (de -65 °C a +125 °C), la prueba de niebla salina y la resistencia a los hongos.

UL94: resistencia al fuego

Norma de Underwriters Laboratories para la inflamabilidad de los plásticos. Los recubrimientos conformables se clasifican normalmente según UL94 V-0 (autoextinguible, sin gotas incandescentes) o UL94 V-1 (autoextinguible en 30 segundos). Importante para aplicaciones con altos requisitos de seguridad.

EN 45545 (aplicaciones ferroviarias)

Norma europea sobre el comportamiento frente al fuego y al humo de los materiales utilizados en vehículos ferroviarios. Especialmente relevante para la electrónica del material rodante. Comprueba la generación de humo, la toxicidad y la propagación de las llamas en condiciones realistas.

Ámbitos de aplicación por sectores industriales

Automoción

Los vehículos modernos contienen más de 100 unidades de control electrónico (ECU) que deben soportar condiciones extremas: fluctuaciones de temperatura de -40 °C (arranques en frío en Escandinavia) a +125 °C (compartimento del motor en verano), humedad, niebla salina, combustibles, aceites y vibraciones. Los recubrimientos de poliuretano y silicona predominan en este ámbito. Aplicaciones típicas: unidades de control del motor, módulos ABS/ESP, sistemas de gestión de baterías (BMS) en vehículos eléctricos, electrónica de faros LED.

Aeroespacial y militar

Máximos requisitos de fiabilidad en condiciones ambientales extremas: fluctuaciones de presión, radiación cósmica, choques térmicos, combustibles agresivos. Se prefieren los recubrimientos de silicona y parileno. Ejemplos: sistemas de control de vuelo, electrónica de satélites, sistemas de radar y comunicaciones, dispositivos militares de visión nocturna, aviónica de drones.

automatización industrial

Los controles PLC, los convertidores de frecuencia y los sensores de las fábricas están expuestos al polvo, los lubricantes refrigerantes, los productos de limpieza y las vibraciones mecánicas. Los recubrimientos acrílicos y de poliuretano ofrecen aquí la relación coste-beneficio óptima. Aplicaciones: controles de robots, paneles HMI industriales, tecnología de medición de procesos, controles de soldadura.

Electrónica de consumo

Smartphones, wearables, dispositivos domésticos inteligentes: aquí prima la protección IP (Ingress Protection) contra el agua y el polvo, combinada con un peso reducido y un bajo coste. Los recubrimientos acrílicos y de silicona de capa fina son estándar. Ejemplos: smartphones impermeables (IP67/IP68), rastreadores de fitness, altavoces Bluetooth para exteriores, cerraduras inteligentes.

Marina y offshore

La atmósfera salina es el entorno más duro para la electrónica: la corrosión electroquímica amenaza las placas de circuito impreso desprotegidas al cabo de pocas semanas. Los recubrimientos de silicona y poliuretano con alta resistencia a la humedad son indispensables. Áreas de aplicación: navegación marítima y radar, controles eólicos marinos, supervisión de motores de barcos, electrónica submarina ROV.

tecnología médica

La biocompatibilidad según la norma ISO 10993 y la homologación de la FDA son fundamentales en este caso. El parileno es el material preferido para la electrónica implantable (marcapasos, neuroestimuladores), mientras que los recubrimientos de silicona y acrílico se utilizan en dispositivos no implantables. Otras aplicaciones: monitores de pacientes, bombas de infusión portátiles, dispositivos de diagnóstico.

Recubrimiento conformado frente a encapsulado: ¿cuándo utilizar cada uno?

La decisión entre el recubrimiento conformado y la masa de encapsulado es una de las más importantes en el concepto de protección de los componentes electrónicos. Ambas tecnologías tienen su justificación: la elección óptima depende de los requisitos específicos.

Criterios de decisión para el recubrimiento conformado

• Reparabilidad necesaria: los componentes deben poder mantenerse sobre el terreno.
• Criterio de peso: aeronáutica y astronáutica, dispositivos móviles
• Disipación del calor importante: electrónica de potencia, controladores LED
• Inspección visual necesaria: el control de calidad debe poder ver los componentes
• Grandes conjuntos: los costes de material juegan un papel importante
• Protección medioambiental moderada suficiente: humedad y polvo, pero sin inmersión completa.

Criterios de decisión para el relleno

• Se requiere la máxima protección: humedad elevada constante, inmersión, alta presión.
• Cargas mecánicas: fuertes vibraciones, cargas de choque
• No se prevé reparación: sustitución de toda la unidad en caso de avería.
• Altas tensiones: se requiere aislamiento adicional y protección contra corrientes de fuga.
• Protección contra tampones: protección contra la manipulación y la ingeniería inversa
• Módulos compactos: el encapsulado estabiliza mecánicamente y permite un diseño compacto.

Combinación de ambos métodos

En la práctica, el recubrimiento conformado y el encapsulado suelen combinarse: todo el conjunto recibe un recubrimiento como protección básica, mientras que las áreas especialmente críticas (secciones de alta tensión, conectores expuestos, circuitos integrados sensibles) se encapsulan adicionalmente. Esta estrategia híbrida combina las ventajas de ambas tecnologías:

• El recubrimiento protege la superficie principal con un peso y un coste mínimos.
• El encapsulado ofrece la máxima protección para las zonas críticas.
• Las reparaciones aún son posibles en zonas no críticas.
• Aprovechamiento óptimo del material: relleno solo donde sea realmente necesario.

Ejemplo práctico: unidad de control automotriz para el compartimento del motor: la placa de circuito impreso recibe un recubrimiento de silicona (resistencia a la temperatura, flexibilidad). La zona de alta tensión con controladores de bobinas de encendido se encapsula adicionalmente con masa de encapsulado epoxi. La zona del conector permanece libre para trabajos de mantenimiento.

Consejos de procesamiento para obtener resultados óptimos

Preparación y enmascaramiento

La limpieza es fundamental: los restos de fundente, las huellas dactilares y la grasa impiden la adhesión. El conjunto debe limpiarse con isopropanol o desfluxantes especiales y secarse completamente. La limpieza manual con un cepillo y paños sin pelusa es más eficaz que la limpieza con spray.

Enmascaramiento: las áreas que deben permanecer sin recubrimiento se protegen con máscaras desprendibles, cinta Kapton o barnices de recubrimiento líquidos: conectores, puntos de prueba, superficies de contacto del disipador de calor, botones, interruptores, compartimentos de baterías, cúpulas atornilladas. Para la producción en serie existen herramientas de enmascaramiento de silicona que se colocan sobre el conjunto como plantillas.

Aplicación y endurecimiento

Controlar el espesor de la capa: demasiado fina (menos de 25 µm): protección insuficiente, posibles poros. Demasiado gruesa (más de 100 µm): grietas por tensión, endurecimiento más prolongado, mayores costes, disipación del calor afectada. Los medidores de espesor de película húmeda (Wet Film Thickness Gauges) permiten realizar un control inmediatamente después de la aplicación.

Acelerar el endurecimiento: la mayoría de los recubrimientos se endurecen a temperatura ambiente, pero una temperatura más alta acelera considerablemente el proceso. Normalmente: 60-80 °C durante 30-60 minutos en lugar de 24 horas a 23 °C. Importante: las rampas (calentamiento/enfriamiento lento) evitan el estrés térmico. Los sistemas de curado por humedad (algunas siliconas y poliuretanos) se benefician de una humedad relativa del 50-60 %.

Inspección y control de calidad

Inspección visual: bajo luz blanca y luz ultravioleta, compruebe si hay irregularidades, burbujas, zonas sin recubrimiento, restos de fundente bajo la capa (que aparecen como manchas oscuras bajo la luz ultravioleta).

Medición del espesor de la capa: no destructiva con medidores de espesor por ultrasonidos o sensores de corrientes parásitas (solo en soportes metálicos). Para muestras aleatorias: cortes transversales bajo el microscopio.

Prueba de funcionamiento: Las pruebas eléctricas tras el recubrimiento garantizan que no se hayan recubierto por error zonas que debían permanecer libres. Las pruebas de alta tensión comprueban el efecto aislante.

Reacondicionamiento y reparación

Acrílico: disolver con acetona, isopropanol o disolventes especiales para recubrimientos, eliminar con un pincel o un bastoncillo.

Poliuretano: raspar mecánicamente con bisturí o lija, con ayuda de disolventes agresivos (MEK, NMP). Precaución: los componentes pueden resultar dañados.

Silicona: se puede cortar con un cuchillo afilado o retirar. Método térmico: calentar localmente a 250 °C (aire caliente) hace que la silicona se vuelva quebradiza y se pueda retirar.

Epoxi: Prácticamente imposible de eliminar. Requiere microfresado o microchorro de arena, lo que supone un alto riesgo para los componentes.

Parylene: Con grabado por plasma o disolventes agresivos. En la mayoría de los casos se requiere un servicio externo.

Errores frecuentes y cómo evitarlos

• Formación de burbujas: Causa: aire atrapado, aplicación demasiado rápida, desgasificación de restos de fundente. Prevención: limpieza a fondo, proceso de inmersión/extracción lento, desgasificación al vacío antes del recubrimiento.
• Efecto piel de naranja (superficie rugosa): Causa: viscosidad demasiado alta, presión de pulverización incorrecta, tamaño de boquilla incorrecto. Prevención: dilución según la ficha técnica, parámetros de pulverización optimizados.
• Formación de grietas: Causa: capa demasiado gruesa, endurecimiento demasiado rápido, tensión mecánica. Prevención: varias capas finas en lugar de una gruesa, rampas de temperatura controladas.
• Delaminación (desprendimiento): Causa: mala adherencia debido a contaminación, sustrato inadecuado. Prevención: limpieza a fondo, uso de imprimación, pruebas de adherencia antes de la producción en serie.
• Corrientes de fuga a pesar del recubrimiento: Causa: capa demasiado fina, poros, contaminación en la superficie. Prevención: comprobar el espesor de la capa, inspección UV, optimizar la limpieza.

Preguntas frecuentes (FAQ)

Conclusión: tomar la decisión correcta

Los recubrimientos conformados son indispensables para proteger los componentes electrónicos en entornos exigentes. La elección del material adecuado y del método de aplicación óptimo requiere una cuidadosa consideración de las condiciones ambientales, los requisitos de fiabilidad, la reparabilidad y la rentabilidad.

Regla general para la elección del material:

• Acrílico: para electrónica de consumo, prototipos y aplicaciones no críticas que requieren reparación.
• Poliuretano: para electrónica industrial, automoción (interior) y entornos con exposición a productos químicos.
• Silicona: para aplicaciones a altas temperaturas, automoción (compartimento del motor), alta exposición a vibraciones.
• Epoxi: para una máxima resistencia química y mecánica sin necesidad de reparaciones.
• Parylene: para tecnología médica, MEMS, aeroespacial de misión crítica con los más altos requisitos de fiabilidad.

La combinación de recubrimiento conformado con encapsulado específico de áreas críticas suele ser la solución óptima para requisitos de protección complejos.