High potting soak

Inmersión de encapsulado de alto nivel (High Potting Soak): Qué cubre este manual (y para quién es)

Este manual está diseñado para Gerentes de Ingeniería, Ingenieros de Calidad y Líderes de Adquisiciones responsables de la electrónica de alta fiabilidad que opera en entornos hostiles. Específicamente, aborda la intersección crítica entre la encapsulación (potting) y las pruebas de aislamiento de alto voltaje (Hi-Pot) bajo estrés ambiental (soak). Cuando una PCBA está diseñada para soportar altos voltajes mientras está sumergida o expuesta a alta humedad, el proceso de "inmersión de encapsulado de alto nivel" (high potting soak) se convierte en el guardián definitivo de la fiabilidad.

En esta guía, vamos más allá de las definiciones básicas para la ejecución práctica del aprovisionamiento y la validación de estos ensamblajes. Encontrará requisitos de especificación detallados para incluir en su documentación, un desglose de los modos de fallo ocultos que ocurren durante la fase de inmersión (soak), y un plan de validación para asegurar que su producto no falle en el campo. También proporcionamos una lista de verificación de auditoría de proveedores para ayudarle a evaluar si un socio de fabricación es realmente capaz de manejar procesos de encapsulación complejos.

En APTPCB (Fábrica de PCB de APTPCB), a menudo vemos diseños fallar no porque el circuito sea incorrecto, sino porque la interacción entre el compuesto de encapsulado, la superficie de la PCB y el estrés ambiental no estaba completamente definida. Esta guía tiene como objetivo cerrar esa brecha, asegurando que sus equipos de adquisiciones e ingeniería estén alineados con las rigurosas exigencias de las aplicaciones de inmersión de encapsulado de alto nivel (high potting soak).

Cuándo el remojo de encapsulado alto es el enfoque correcto (y cuándo no lo es)

Comprender la utilidad específica de los protocolos de remojo de encapsulado alto garantiza que no esté sobredimensionando productos de consumo ni subdimensionando dispositivos de seguridad críticos.

Es el enfoque correcto cuando:

El voltaje supera los 50 V en entornos húmedos: Si su dispositivo maneja alto voltaje (HV) en aplicaciones automotrices, marinas o industriales con fluidos, el recubrimiento conforme estándar es insuficiente. Necesita una encapsulación completa verificada mediante una prueba de remojo.
Se requiere aislamiento crítico para la seguridad: Para dispositivos médicos o cargadores de vehículos eléctricos donde una ruptura dieléctrica podría causar lesiones, una prueba de remojo de encapsulado alto valida que la resina ha impregnado completamente el conjunto sin huecos.
El choque térmico y la humedad son constantes: Si el dispositivo alterna entre caliente y frío mientras está expuesto a la humedad, la fase de "remojo" de la prueba acelera la entrada de humedad para detectar la delaminación tempranamente.
La resistencia a la vibración es obligatoria: El encapsulado proporciona integridad estructural, y la prueba de remojo asegura que este enlace estructural no se degrade cuando agentes químicos o la humedad atacan la interfaz.

NO es el enfoque correcto cuando:

La reparabilidad es una prioridad: Los conjuntos encapsulados son generalmente irreparables. Si necesita intercambiar componentes en el campo, los sellos mecánicos de la carcasa son una mejor opción que el encapsulado.
Señales de RF de alta frecuencia involucradas: Los compuestos de encapsulado gruesos pueden alterar drásticamente la constante dieléctrica ($D_k$) alrededor de las líneas de RF, desintonizando antenas o filtros.
La gestión térmica depende del flujo de aire: El encapsulado actúa como una manta térmica a menos que se utilicen resinas específicamente conductoras térmicamente. Si su diseño depende de la refrigeración por convección, el encapsulado completo puede causar sobrecalentamiento.
La sensibilidad al costo es primordial: El costo del material de las resinas de encapsulado y el tiempo de ciclo extendido para el curado y las pruebas de inmersión aumentan significativamente los costos unitarios en comparación con una carcasa estándar.

Requisitos que debe definir antes de solicitar una cotización

Para evitar costosos bucles iterativos con su fabricante, debe definir los siguientes parámetros claramente en su paquete de solicitud de cotización (RFQ). Solicitudes vagas como "encapsulado requerido" conducen a precios basados en suposiciones y a lagunas en la fiabilidad.

Química del material de encapsulado: Especifique la química base exacta (Epoxi, Silicona o Uretano). El epoxi ofrece dureza y resistencia química; la silicona ofrece flexibilidad y resistencia a altas temperaturas; el uretano es resistente pero sensible a la humedad durante el curado.
Requisitos de rigidez dieléctrica: Defina el voltaje de aislamiento requerido (por ejemplo, "Debe soportar 3000V DC durante 60 segundos"). Esto dicta el espesor mínimo de la capa de encapsulado sobre los componentes de alto voltaje.
Condiciones de inmersión: Indique explícitamente los parámetros de inmersión. Por ejemplo, "Sumergir en solución salina al 5% durante 24 horas a 25°C" o "Inmersión a 85°C/85% HR durante 168 horas".
Límites de Corriente de Fuga: Defina los criterios de aprobación/falla para la prueba Hi-Pot. Una especificación común es "Corriente de fuga < 100µA a la tensión de prueba."
Criterios de Aceptación de Vacíos: Defina el tamaño máximo de vacío permitido. Para alta tensión, incluso los micro-vacíos pueden causar descarga parcial. Especifique "No hay vacíos > 0.5mm en áreas de alta tensión" o "Volumen total de vacíos < 1%."
Conductividad Térmica: Si el encapsulado ayuda a la disipación de calor, especifique el W/m·K requerido (p. ej., "Mínimo 1.5 W/m·K").
Dureza (Escala Shore): Defina la dureza curada (p. ej., "Shore A 60-80" para silicona o "Shore D 80" para epoxi) para asegurar que proteja los componentes sin aplastarlos durante la expansión térmica.
Requisitos de Adhesión: Especifique a qué superficies debe adherirse el encapsulado (FR4, carcasa de aluminio, componentes específicos). Esto puede requerir tratamiento con plasma o imprimaciones.
Áreas de Exclusión: Marque claramente los conectores, sensores o puntos de prueba que deben permanecer libres de material de encapsulado. Proporcione un dibujo con capas de "Exclusión de Encapsulado".
Restricciones del Perfil de Curado: Si sus componentes son sensibles a la temperatura, indique la temperatura máxima de curado permitida (p. ej., "La temperatura de curado no debe exceder los 85°C").
Estándares de Limpieza: Especifique los límites de contaminación iónica (p. ej., según IPC-J-STD-001) antes del encapsulado. Los residuos pueden causar delaminación o rutas de fuga bajo la resina.
Nivel de Trazabilidad: Defina si necesita trazabilidad por lote para el lote de resina de encapsulado mezclado con los números de serie específicos de la PCBA.

Los riesgos ocultos que impiden la escalabilidad

La escalada de unos pocos prototipos a la producción en masa introduce variables que pueden comprometer el alto rendimiento de inmersión del encapsulado.

Riesgo: Reacción Exotérmica Descontrolada
- Por qué ocurre: La resina epoxi genera calor a medida que cura. En grandes volúmenes (encapsulado grueso), este calor puede exceder las clasificaciones de los componentes o hacer que la resina se agriete.
- Detección: Termopares incrustados en el prototipo durante el curado; inspección visual en busca de grietas.
- Prevención: Utilice resinas de baja exotermia o vertido en múltiples etapas (curado en capas).
Riesgo: Desajuste del CTE (Coeficiente de Expansión Térmica)
- Por qué ocurre: El material de encapsulado se expande más rápido que la PCB o los componentes durante los ciclos térmicos, cizallando las uniones de soldadura.
- Detección: Pruebas de choque térmico seguidas de pruebas funcionales o seccionamiento transversal.
- Prevención: Haga coincidir el CTE de la resina con el ensamblaje de la PCB o utilice amortiguadores de silicona flexibles alrededor de componentes sensibles (BGA/QFN).
Riesgo: Inhibición por Humedad (Uretanos)
- Por qué ocurre: Los uretanos reaccionan con la humedad del aire o de la PCB durante el curado, creando burbujas de CO2 (formación de espuma).
- Detección: La inspección visual revela una textura de "queso suizo" o burbujas.
Prevención: Pre-hornear las PCBs para eliminar la humedad; usar encapsulado al vacío; controlar la humedad en el área de dispensación.
Riesgo: Sombras y Vacíos
- Por qué ocurre: La resina fluye alrededor de componentes altos, atrapando bolsas de aire debajo de ellos ("sombras").
- Detección: Inspección por rayos X o seccionamiento transversal destructivo.
- Prevención: Optimizar la ubicación y velocidad de vertido; usar encapsulado en cámara de vacío; inclinar el conjunto durante la dispensación.
Riesgo: Mezcla Incompleta
- Por qué ocurre: Las máquinas mezcladoras-dosificadoras automáticas pierden la calibración, lo que lleva a puntos ricos en resina o en endurecedor que nunca curan completamente.
- Detección: Puntos blandos en el encapsulado curado; análisis químico.
- Prevención: Controles diarios de purga; monitoreo de la relación de peso; programas de reemplazo de tubos mezcladores estáticos.
Riesgo: Contaminación Superficial (Residuo de Fundente)
- Por qué ocurre: Los residuos de fundente "no-clean" pueden ser químicamente incompatibles con el encapsulado, causando delaminación.
- Detección: Pruebas de pelado de adhesión; picos de corriente de fuga durante las pruebas de inmersión.
- Prevención: Implementar procesos de lavado rigurosos incluso para fundentes "no-clean"; probar la compatibilidad química.
Riesgo: Capilaridad en Conectores
- Por qué ocurre: La resina de baja viscosidad asciende por capilaridad hacia los pines o cables del conector, aislando contactos que deberían ser conductores.
- Detección: Inspección visual bajo luz UV (si la resina contiene un trazador); pruebas de continuidad.
Prevención: Utilice barreras tixotrópicas (tipo gel) alrededor de los conectores; aplique capuchones de enmascaramiento o selladores temporales.
Riesgo: Descarga Parcial (Corona)
- Por qué ocurre: Micro-vacíos en campos de alta tensión se ionizan, erosionando lentamente el aislamiento de adentro hacia afuera.
- Detección: Equipo de prueba de Descarga Parcial (PD) (Hi-Pot especializado).
- Prevención: El encapsulado al vacío es obligatorio para HV > 1kV; criterios estrictos de vacíos.

Plan de validación (qué probar, cuándo y qué significa "aprobado")

Plan de validación (qué probar, cuándo y qué significa

Un plan de validación robusto va más allá de un simple "aprobado/fallido" al final de la línea. Valida el proceso en sí mismo.

Estudio de Compatibilidad Química
- Objetivo: Asegurar que el fundente, la máscara de soldadura y la resina de encapsulado no reaccionen negativamente.
- Método: Encapsular cupones de prueba, curar e inspeccionar si hay decoloración o licuefacción en la interfaz.
- Aceptación: Sin reacción visible; la fuerza de adhesión cumple con la especificación.
Corte Transversal (Destructivo)
- Objetivo: Verificar la penetración de la resina debajo de componentes de baja separación (BGAs, QFNs).
- Método: Cortar una unidad curada, pulir el corte transversal e inspeccionar con microscopio.
- Aceptación: Relleno del 100% debajo de los componentes; sin vacíos de aire atrapados.
Prueba de Adhesión / Pelado
- Objetivo: Verificar la unión entre la resina y la carcasa/PCB.
- Método: Intentar separar mecánicamente el encapsulado del sustrato.

Aceptación: Se prefiere la falla cohesiva (la resina se rompe) a la falla adhesiva (la resina se despega limpiamente).

Prueba Funcional Pre-Encapsulado (Sonda Volante)
- Objetivo: Asegurar que la PCBA sea 100% funcional antes de sellar. Una vez encapsulada, no se puede reparar.
- Método: Utilizar las mejores prácticas de sonda volante para probar todas las redes.
- Aceptación: 100% de aprobación eléctrica.
Inmersión en Choque Térmico
- Objetivo: Someter a tensión la unión mecánica.
- Método: Ciclar de -40°C a +85°C durante 100 ciclos, luego sumergir en humedad.
- Aceptación: Sin grietas; sin delaminación.
Prueba de Alto Potencial Húmeda (La Prueba de "Inmersión de Encapsulado de Alto Potencial")
- Objetivo: Verificar la integridad del aislamiento bajo las peores condiciones.
- Método: Sumergir la unidad encapsulada en agua salina conductora (conectada a tierra). Aplicar alto voltaje (HV) al circuito interno.
- Aceptación: Corriente de fuga < límite especificado (ej., 5mA); sin descarga disruptiva.
Prueba de Resistencia de Aislamiento (IR)
- Objetivo: Comprobar si hay degradación lenta.
- Método: Aplicar 500V DC y medir la resistencia.
- Aceptación: Resistencia > 100 MΩ (o requisito específico en GΩ).
Inspección por Rayos X
- Objetivo: Detección no destructiva de vacíos.
- Método: Radiografiar la unidad terminada, centrándose en las áreas de alto voltaje (HV).
- Aceptación: Porcentaje de vacíos por debajo del umbral definido.
Verificación de Dureza Shore
- Objetivo: Confirmar la relación de mezcla y el curado correctos.
- Método: Usar un durómetro en la superficie curada.

Aceptación: Dentro de ±5 puntos de la especificación de la hoja de datos del material.

Verificación de Cobertura FCT
- Objetivo: Asegurar que las pruebas post-encapsulado aún puedan ejecutarse.
- Método: Revisar la planificación de cobertura FCT para asegurar que los puntos de prueba sean accesibles a través de conectores externos si la placa está sellada.
- Aceptación: 100% de las funciones críticas de seguridad verificables a través de E/S externas.

Lista de verificación del proveedor (definir los siguientes parámetros claramente en su paquete de solicitud de cotización (RFQ) + preguntas de auditoría)

Utilice esta lista de verificación para evaluar a posibles socios de fabricación como APTPCB.

Entradas de RFQ (Lo que usted envía)

BOM completa, incluyendo el fabricante de la resina de encapsulado y el número de pieza.
Archivo 3D STEP del ensamblaje y la carcasa (para cálculo de volumen).
Dibujo 2D que define zonas de exclusión y niveles de llenado.
Restricciones del perfil de curado (temperatura/tiempo máximos).
Límites de voltaje Hi-Pot y corriente de fuga.
Parámetros de la prueba de inmersión (tipo de líquido, duración, temperatura).
Criterios de aceptación para vacíos (tamaño/ubicación).
Requisitos de embalaje para unidades sin curar vs. curadas.

Prueba de Capacidad (Lo que deben mostrar)

¿Disponen de cámaras de encapsulado al vacío? (Esencial para alta tensión).
¿Pueden demostrar dosificación y mezcla automatizadas (frente a mezcla manual)?
¿Disponen de rayos X internos para la detección de vacíos?
¿Pueden realizar la prueba de "inmersión" específica (cámara de humedad o tanque de líquido)?
¿Tienen experiencia con su química de resina específica (Uretano/Epoxi/Silicona)?
¿Pueden proporcionar ejemplos de accesorios de enmascaramiento utilizados para proyectos similares?

Sistema de Calidad y Trazabilidad

¿Está documentado el proceso de encapsulado en un plan de control?
¿Registran el número de lote de la resina contra el número de serie de la PCBA?
¿Cómo controlan la vida útil (tiempo de trabajo) de la resina mezclada?
¿Existe un procedimiento para purgar mezcladores estáticos?
¿Realizan comprobaciones diarias de la relación de peso en la máquina dispensadora?
¿Están los operadores capacitados según los estándares IPC-A-610 / IPC-CC-830?

Control de Cambios y Entrega

¿Cuál es el procedimiento si el fabricante de la resina cambia la fórmula?
¿Cómo se manejan las unidades encapsuladas rechazadas (cuarentena/desecho)?
¿Pueden escalar del procesamiento por lotes al procesamiento en línea continua?
¿Tienen control climático en el área de encapsulado (temperatura/humedad)?
¿Cómo protegen los conectores durante el proceso de encapsulado?
¿Cuál es el plan de embalaje para evitar daños en la superficie encapsulada durante el envío?

Guía de decisión (compromisos que realmente puedes elegir)

Cada decisión de ingeniería implica un compromiso. Aquí se explica cómo navegar por los más comunes en aplicaciones de encapsulado de alta inmersión.

Dureza vs. Alivio de Tensión:
- Si priorizas la protección mecánica (resistencia al impacto): Elige Epoxi. Es duro y duradero, pero transfiere el estrés térmico a los componentes.
Si prioriza la fiabilidad del ciclo térmico: Elija silicona. Es suave y flexible, absorbe el estrés, pero ofrece menos protección física contra la manipulación.
Encapsulado al vacío vs. atmosférico:
- Si prioriza la seguridad de alto voltaje (>1kV): Debe elegir el encapsulado al vacío para eliminar los micro-vacíos.
- Si prioriza el costo y la velocidad: El encapsulado atmosférico es más rápido pero conlleva el riesgo de aire atrapado. Solo es aceptable para bajo voltaje y sellado general contra el agua.
Curado en horno vs. Curado a temperatura ambiente:
- Si prioriza el rendimiento: Elija el curado en horno (curado por calor). Es más rápido pero requiere que los componentes soporten el calor.
- Si prioriza la seguridad de los componentes: Elija el curado a temperatura ambiente. Tarda más (24-48 horas) requiriendo más espacio en el piso para el trabajo en curso (WIP), pero es más seguro para sensores sensibles.
Reparabilidad vs. Seguridad:
- Si prioriza la protección de la propiedad intelectual (anti-ingeniería inversa): Elija una resina epoxi dura y opaca. Es imposible de quitar sin destruir la placa.
- Si prioriza la resolución de problemas: Elija una silicona transparente y suave. Puede excavar a través de ella para sondear puntos de prueba (aunque repararla es difícil).
Pruebas al 100% vs. Muestreo:
- Si prioriza cero fallas (Automotriz/Médico): La prueba de inmersión Hi-Pot al 100% es obligatoria.
- Si prioriza el costo (IoT Industrial): Realice una prueba Hi-Pot al 100% (en seco) y una prueba de muestreo (10%) para la inmersión.

Preguntas frecuentes

P: ¿Podemos usar recubrimiento conformado en lugar de encapsulado para la inmersión de alto voltaje? A: Generalmente, no. El recubrimiento conformado es demasiado delgado (micras) para proporcionar suficiente rigidez dieléctrica para alto voltaje o para sobrevivir a una inmersión prolongada. El encapsulado (de milímetros de espesor) es necesario para una verdadera impermeabilización y aislamiento de alto voltaje.

Q: ¿Cómo manejamos las áreas de "exclusión" durante el proceso de encapsulado? A: Utilizamos accesorios de enmascaramiento personalizados, botas de goma temporales o materiales tixotrópicos de "presa" para crear barreras. Esto evita que la resina fluya hacia los conectores o sobre las caras de los sensores.

Q: ¿Qué sucede si el compuesto de encapsulado caduca? A: La resina caducada puede no curar correctamente, quedando pegajosa o blanda. También puede tener propiedades dieléctricas reducidas. La gestión estricta de la vida útil (FIFO) es fundamental.

Q: ¿Por qué vemos burbujas en el encapsulado curado? A: Las burbujas provienen del aire atrapado durante la mezcla, la contaminación por humedad (especialmente en uretanos) o el aire atrapado debajo de los componentes durante el vertido. La desgasificación al vacío y el encapsulado al vacío resuelven esto.

Q: ¿Podemos encapsular una placa que no ha sido limpiada? A: Es arriesgado. Los residuos de fundente pueden evitar que la resina se adhiera a la PCB, creando un camino para que la humedad viaje (delaminación). Recomendamos una limpieza y secado exhaustivos antes del encapsulado.

Q: ¿Qué tan grueso debe ser el encapsulado? A: El espesor depende del voltaje. Una regla general es verificar la rigidez dieléctrica del material (por ejemplo, 15kV/mm) y aplicar un factor de seguridad de 2x o 3x.

Q: ¿Afecta el encapsulado al rendimiento térmico de la PCB? A: Sí. La resina estándar es un aislante térmico. Si su placa genera calor, debe usar una resina térmicamente conductora para transferir el calor a la carcasa o al aire ambiente.

P: ¿Cuál es la diferencia entre "potting" y "encapsulation"? A: A menudo se usan indistintamente. Técnicamente, el "potting" implica verter resina en una carcasa (cubierta) que se convierte en parte de la unidad. La "encapsulation" a veces puede referirse a la inmersión o el moldeo donde la resina forma la forma exterior misma (sin una cubierta).

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Recubrimiento Conformado de PCB – Comprenda la alternativa más ligera al encapsulado para una protección ambiental estándar.
Pruebas y Calidad – Explore la gama completa de pasos de validación que utiliza APTPCB, desde AOI hasta pruebas funcionales.
PCB para Electrónica Automotriz – Vea cómo se aplica el encapsulado de alta inmersión en una de las industrias más exigentes.
Prueba FCT – Aprenda a planificar su estrategia de pruebas funcionales antes de que la placa sea sellada con resina.
Pruebas de Sonda Volante – El mejor método para validar la integridad de la PCBA antes de la etapa de encapsulado.

Solicitar una cotización

¿Listo para validar su diseño de alta fiabilidad? Solicite una cotización a APTPCB hoy mismo para una revisión DFM integral que incluye la viabilidad del proceso de encapsulado y la selección de materiales.

Para obtener la cotización más precisa, proporcione:

Archivos Gerber y lista de materiales (BOM).
Especificaciones del material de encapsulado (o solicitar una recomendación).
Modelo 3D del conjunto/carcasa.
Requisitos de prueba de inmersión y Hi-Pot.
Volumen anual estimado.

Conclusión

Implementar un proceso de inmersión de encapsulado de alta calidad es la forma definitiva de asegurar que sus componentes electrónicos sobrevivan en entornos hostiles donde coexisten alta tensión y humedad. Requiere un cambio de mentalidad, pasando de un simple ensamblaje de PCB a una compleja integración de sistemas químicos y mecánicos. Al definir requisitos claros para los materiales y las pruebas, comprender los riesgos de los vacíos y los perfiles de curado, y asociarse con un proveedor capaz como APTPCB, puede escalar su producción sin sacrificar la fiabilidad. El objetivo no es solo sellar la placa, sino demostrar que puede soportar los peores escenarios que sus clientes le presentarán.