Industria elettrica ed elettronica (E&E)

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Apparecchiature elettriche ed elettroniche

L'industria elettrica ed elettronica (E&E) è cresciuta rapidamente di dimensioni negli ultimi dieci-quindici anni, con una crescente domanda di telefoni cellulari, computer, agende digitali e apparecchiature per ufficio. L'Asia è diventata l'area manifatturiera dominante e l'America in particolare ha perso una discreta capacità produttiva. I produttori di apparecchiature elettroniche necessitano di un'eccellente dispersione degli additivi nei loro prodotti per garantire proprietà elettriche uniformi e coerenti. I case dei computer, i televisori e dispositivi simili rappresentano oltre la metà di tutte le vendite di ritardanti di fiamma bromurati nel settore elettrico ed elettronico e i circuiti stampati rappresentano quasi un terzo. Connettori, condensatori, resistori, interruttori e relè, insieme all'isolamento e alla guaina di fili e cavi, forniscono la maggior parte del resto. Gli FR bromurati vengono utilizzati in parti interne come PCB, connettori e relè, ma negli alloggiamenti per monitor di computer e altre apparecchiature commerciali vengono sempre più realizzati con ritardanti di fiamma privi di alogeni come gli esteri fosforici. Sfortunatamente, i composti del fosforo sono spesso costosi e possono presentare una serie di sfide tecniche, sia durante la lavorazione che in termini di prestazioni. C'è una tendenza nell'industria elettronica verso sistemi più potenti, il che implica temperature di esercizio più elevate. C'è anche una crescente tendenza verso la miniaturizzazione e/o la progettazione di prodotti a parete sottile. Temperature operative più elevate comporteranno l'eventuale sostituzione delle resine epossidiche sui circuiti stampati e i produttori hanno identificato poliorbornene, policiclobutene e ossido di polifenilene come possibili candidati, mentre i riempitivi potrebbero includere titanato di bario, stronzio, zirconato di calcio e biossido di titanio. La miniaturizzazione e le pareti sottili significano che è necessaria meno plastica (e quindi meno additivi), ma è necessario privilegiare le buone proprietà di flusso, che rappresentano un'opportunità per promuovere coadiuvanti di processo e modificatori multipolari. Il PBT rinforzato con vetro è diventato popolare per le parti elettromeccaniche e per i minifan nei computer e nei connettori, mentre i circuiti flessibili sono più spesso realizzati utilizzando poliesteri e poliimmidi per i substrati, quest'ultimo predominante negli Stati Uniti.

Per tenere il passo con la richiesta dell'industria automobilistica di sempre più intelligenza nelle auto, sono in atto cambiamenti di vasta portata. I principali componenti elettrici ed elettronici degli attuali modelli, ad eccezione di alcuni particolari, come le luci anteriori e posteriori e le batterie, sono:

sistemi di accensione allo stato solido
cablaggio e cablaggio a bassa tensione
interruttori
sensori
fibra ottica

L'industria automobilistica avrà bisogno di questi migliori livelli di affidabilità man mano che i veicoli continuano ad evolversi. Ad esempio, alcuni produttori stanno introducendo alimentatori per veicoli a 48 V per aumentare o sostituire i sistemi a 12 V esistenti. Queste alimentazioni a tensione più elevata vengono utilizzate per azionare motori e turbocompressori, per alimentare sottosistemi come sterzo, freni, pompe dell'acqua, raffreddamento del radiatore e aria condizionata e per alimentare quantità sempre maggiori di elettronica automobilistica. nelle automobili di oggi. Il passaggio a sistemi a 48 V causerà il flusso di grandi correnti attorno ai cavi del veicolo. Ciò sfiderà i progettisti di elettronica automobilistica a specificare componenti, in particolare quelli passivi, in grado di resistere a una combinazione di tensioni relativamente elevate, correnti elevate e temperature operative elevate, fornendo al contempo la necessaria affidabilità a lungo termine. In alcuni casi, queste scelte di componenti possono avere conseguenze relativamente profonde. Ad esempio, i progettisti potrebbero dover utilizzare tracce PCB molto più spesse per dissipare il calore dai componenti montati in superficie che trasportano correnti più elevate. Man mano che le automobili diventano più complesse, le loro funzioni saranno sempre più gestite da dispositivi elettrici azionati dall'elettronica di potenza e controllati da segnali digitali. I progettisti di sistemi automobilistici dovranno garantire che i due possano coesistere con successo, oltre a soddisfare i severi requisiti termici, di affidabilità e longevità dei veicoli moderni. La scelta di componenti appositamente creati per l'uso automobilistico assicurerà che i sistemi di alimentazione e controllo dei veicoli futuri siano costruiti su solide basi.

Sistemi di accensione allo stato solido

Le teste dei distributori sono state quasi interamente sostituite con un gruppo elettronico a stato solido. La bobina è incapsulata in resina epossidica in un vassoio stampato ad iniezione che è solitamente PBT. Un guscio in PET sovrastampato viene utilizzato per incapsulare l'intero assemblaggio. La General Motors è stata la migliore ad adottare un sistema di accensione a microprocessore. I gusci utilizzano diversi polimeri diversi, inclusi alcuni rivestimenti di BMC, specialmente in Nord America. Tuttavia, vengono utilizzati principalmente poliesteri e poliammidi termoplastici rinforzati con fibra di vetro, nonché alcune resine poliacetaliche. Le principali proprietà richieste sono la resistenza alle alte temperature e una buona stabilità dimensionale. È probabile che il PVC continui ad essere utilizzato come rivestimento sui cavi ad alta tensione. Ci sono stati cambiamenti nell'uso della plastica per l'isolamento delle bobine del solenoide. Le poliammidi rinforzate con fibra di vetro e altri termoplastici rinforzati stampati ad iniezione si sono ormai affermati grazie ai vantaggi in termini di produzione e affidabilità rispetto ai termoindurenti utilizzati in precedenza.

Cablaggio e cablaggio a bassa tensione

Tradizionalmente, il rivestimento in PVC è stato utilizzato per coprire i cavi automobilistici a bassa tensione. Finora è stata utilizzata anche una minore quantità di polietilene reticolato. Esistono numerose applicazioni sottocofano in cui è richiesta resistenza a temperature molto elevate, oltre a una buona resistenza a benzina, oli e grassi. Qui è necessario specificare materiali resistenti alle alte temperature e agli oli, come silicone o fluoroelastomeri. Con il crescente numero di sistemi elettronici presenti in auto e SUV, ci sono stati sviluppi paralleli nel cablaggio e nel cablaggio a bassa tensione. I principali sono:

L'uso di connettori che è aumentato rapidamente negli ultimi cinque anni. Di solito sono multipin sotto forma di modanature complesse. Il PBT è ora il principale polimero utilizzato e tende a sostituire le poliammidi 6 e 66 comunemente utilizzate. Viene utilizzato pochissimo PET. Tuttavia, per le zone con temperature molto elevate, sono necessarie PA46 e altre poliammidi aromatiche (HTN). Colmano il divario di prezzo/prestazioni tra PA6, PA66, PBT e PET da un lato e materiali termoplastici ad alte prestazioni molto più costosi come poliimmidi, polietersulfone, solfuro di polifenilene e polimeri a cristalli liquidi. C'è una tendenza continua verso un aumento del pre-assemblaggio delle imbracature. Un'ulteriore integrazione del cablaggio avviene, ad esempio, in unità prefabbricate nei cruscotti, ma anche in diverse aree dell'auto, in particolare su pavimenti, soffitti e montanti. Le clip solitamente stampate in PA6 o 66 sono sempre più utilizzate per collegare il cablaggio alla carrozzeria dell'auto. Il POM è adatto anche per fermagli a molla ea pressione per cavi e tubi. L'utilizzo dei circuiti stampati è in costante aumento. Mentre la maggior parte dei circuiti stampati sono rigidi e utilizzano resine epossidiche per il substrato, vi è una tendenza crescente verso l'uso di circuiti stampati flessibili con solfuro di polifenilene o polieterimmide come materiale del substrato. Conosciuta anche come tecnologia di interconnessione modellata (MIT), tuttavia, ci sono ancora costi e altri fattori che devono essere affrontati prima che il risparmio di spazio e altri vantaggi di questa tecnologia vengano utilizzati nella produzione in serie di automobili. Da qualche anno si parla e si sperimenta di multiplexing. Questi sistemi sono stati utilizzati anche nei piantoni dello sterzo e nei circuiti di illuminazione, ma il loro più grande potenziale ancora da realizzare risiede nelle aree dei sedili, dei finestrini e delle porte. Senza dubbio l'effetto del multiplexing sarà quello di ridurre l'ulteriore aumento dei sistemi di cablaggio che, soprattutto nei modelli top di gamma più costosi, rischiano di diventare poco gestibili da installare nel veicolo. Si ritiene che non sarà prima del 2004 quando sarà stabilito l'uso del multiplexing in diverse aree del veicolo. Successivamente si avrà una marginale riduzione del numero di connettori utilizzati nei modelli prodotti. Interruttori Oggi esiste una notevole varietà di interruttori installati nei modelli odierni. Questi aumenteranno ulteriormente in futuro con il crescente utilizzo di elettronica più sofisticata in auto e SUV. Interruttori interni di controllo dell'accesso Interruttori lampeggianti/intermittenti multifunzione e centraline luci master sono esempi di utilizzo di poliammidi rinforzate e poliesteri termoplastici. I requisiti includono buona rigidità, resistenza agli urti e agli agenti chimici e bassa deformazione. Questi materiali sono utilizzati anche per soddisfare i requisiti di alta temperatura. Per gli interruttori elettromeccanici in cui è richiesto il funzionamento per lunghi periodi in condizioni relativamente estreme, ad esempio un interruttore a stantuffo per le posizioni delle luci di porte, freni e bagagliaio, sono state scelte le resine POM (acetalica) per la loro eccellente resistenza all'usura e le proprietà di basso attrito. Nello sviluppo di un meccanismo di cambio per un cambio automatico, l'azienda statunitense GHSP ha utilizzato una versione modificata della poliammide 66 con proprietà autolubrificanti. Questo componente è una maniglia a perno e lo stampaggio ha risparmiato due stampigliature, due calibri, una saldatura e una rivettatura richiesti dalla versione originale in metallo. La poliammide 46 caricata in vetro al 30% è stata utilizzata con successo per gli interruttori in ambienti difficili, come il contatto continuo con il liquido dei freni caldo e l'olio del cambio.

Sensori

Esistono vari tipi di sensori utilizzati per auto e SUV. Il più basilare è l'unità completamente meccanica, un sensore "potenziometrico". Questo è a basso costo, altamente affidabile ma soggetto ad usura. La maggior parte delle case automobilistiche si sta allontanando dai sensori potenziometrici a favore dei sensori ad effetto Hall e dei sensori magnetoresistivi. Questi due tipi di sensori detengono ormai oltre il 65% del mercato europeo di auto e SUV. Funzionano in aree come la fasatura dell'accensione e dell'iniezione del carburante, la posizione della valvola a farfalla, la rotazione del cambio, la frenata antibloccaggio, la velocità delle ruote e dell'assale, il differenziale e la posizione del volante/sterzo. Queste funzioni si svolgono in ambienti diversi, comprese temperature estreme e condizioni corrosive. I requisiti di temperatura tipici vanno da -40°C a 150°C La tendenza a posizionare i sensori all'interno di riduttori e motori ha aumentato le tolleranze fino a 170°C L'uso di PA66 è consolidato per una serie di applicazioni di sensori ora che sono chiaramente una plastica stampata a iniezione. unità invece della costruzione originale dell'imballaggio in metallo, con inserti in plastica che circondano il cablaggio. Gli usi per PBT includono sensori per freni antibloccaggio e sensori per ruote. Altri polimeri utilizzati includono l'acetale (POM) dove è facile incastrarsi insieme, ad esempio un sensore di temperatura dell'aria esterna. Quando un ambiente ostile richiede un livello particolarmente elevato di proprietà, i polimeri utilizzati includono poliftalammide (PPA) e polifenilensolfuro (PPS).

Fibra ottica

Nonostante le previsioni di crescita per l'uso crescente di fibre poliottiche, ad esempio, nei sistemi LAN nelle autovetture, ci sono poche prove per l'uso di PMMA o PC in questi tipi di applicazioni nelle automobili europee o nordamericane. L'uso che c'è è focalizzato su auto giapponesi più costose. L'utilizzo di queste fibre termoplastiche è attualmente molto costoso e se si considera la sostituzione dei fili di rame uno ad uno, diventa antieconomico. Altri approcci a questa situazione includono l'uso del multiplexing quando è richiesta meno fibra ottica. Sebbene il PC sia meno fragile del PMMA, le sue proprietà di trasmissione devono ancora essere migliorate per renderlo competitivo, tenendo conto delle proprietà fisiche totali. Il PBT ad alta viscosità ha trovato applicazione come materiale di rivestimento per fibre poliottiche. I produttori di materiali continuano la ricerca per migliorare ulteriormente le limitate proprietà di flessibilità e la resistenza termica delle fibre stesse.