Elektroniikan suojaaminen ulkoisilta olosuhteilta

Abstract

Elektroniikkaa käytetään nykyään kaikkialla. Elektroniikkakomponentit ja -kokoonpanot ovat sellaisenaan alttiita ulkoisten olosuhteiden vaikutuksille, minkä vuoksi niitä pitää suojata virheettömän toiminnan ja pitkän käyttöiän mahdollistamiseksi. Tässä tutkielmassa luodaan yleiskatsaus elektroniikan käyttöolosuhteisiin ja niiltä suojautumiseen. Työn tavoite on selvittää, miltä erilaisilta olosuhteilta elektroniikkaa on suojattava ja miten suojaus eri olosuhteilta toteutetaan. Työ on muodoltaan kirjallisuuskatsaus, jonka aineistona on käytetty aiheeseen liittyviä oppikirjoja, tieteellisiä artikkeleita sekä alan yritysten ja asiantuntijoiden internetsivuja. Suunniteltavan elektroniikkalaitteen käyttöympäristö on määriteltävä suunnitteluprosessin alkuvaiheessa. Ympäristöspesifikaatiossa on huomioitava valmistusprosessi, kuljetukset ja varsinainen käyttöympäristö. Määrittelyn lähtökohtana käytetään yleensä kansainvälisiä standardeja, joissa käytettyjä luokitteluita voidaan tarpeen mukaan tarkentaa lisäyksin tai poikkeuksin. Tässä työssä käsiteltäviä ulkoisia olosuhteita ovat mekaaninen tärinä ja iskut, epäpuhtaudet ja kosteus, lämpö, ionisoiva säteily, sähköiset häiriöt ja paine. Lisäksi käsitellään lyhyesti elektroniikkalaitteiden bioyhteensopivuutta. Tärinältä ja iskuilta elektroniikkaa suojataan huomioimalla piirilevyjen ja kotelon resonanssitaajuudet sekä tarvittaessa käyttämällä sopivivia vaimentimia. Epäpuhtauksia ja kosteutta torjutaan huolehtimalla puhtaudesta laitteen valmistusprosessin aikana sekä käytön aikana suojakoteloinnilla ja mahdollisesti suojalakkauksella. Lämmöltä suojataan erilaisilla jäähdytysratkaisuilla. Ionisoivalta säteilyltä suojaamisen keinoja ovat laitteiden suunnittelu säteilysietoisiksi tai säteilysuojatuiksi. Sähköisiltä häiriöiltä elektroniikkalaitteita voidaan suojata käyttämällä sähköisesti suojattuja kaapeleita ja laitekoteloita, suunnittelemalla piirilevyt hyvin sekä varautumalla sähköisten häiriöiden aiheuttamiin virheisiin laiteohjelmistossa. Ulkoiselta paineelta voidaan suojata käyttämällä paineenkestävää tai dielektrisellä nesteellä täytettyä joustavaa koteloa. Biologiseen ympäristöön, kuten ihmiskehon sisäpuolelle, tarkoitettua laitetta suojataan pääasiassa käyttämällä koteloa, joka ei heikkene kudosympäristössä rakenteellisesti eikä luovuta siihen kemikaaleja. Elektroniikan kehityksen suunta on kohti yhä pienempiä mikropiirejä ja laitteita, mikä luo haasteita epäpuhtauksilta ja kosteudelta, lämmöltä, säteilyltä ja sähköisiltä häiriöiltä suojautumiseen. Toisaalta mekaaniselta tärinältä ja iskuilta suojautuminen on osittain myös helpompaa komponenttien ja laitteiden pienentyessä.