Sellado hermético explicado por Cinch

¿Qué son los sellos herméticos?

Se dice que el primer sello hermético fue creado por el dios griego Hermes, quien inventó un proceso para crear tubos de vidrio herméticos, según la mitología griega. Independientemente de los orígenes del sellado hermético, sigue siendo una tecnología importante que se utiliza abundantemente hoy en día. El sellado hermético es el proceso de crear un sello que evita que pasen gases, líquidos y sólidos. Hay muchos tipos distintos de sellos herméticos y pueden tener una amplia variedad de propósitos dependiendo de la aplicación para la que se utilicen.

En electrónica, hay aplicaciones en las que puede ser necesario aislar una carcasa o recinto de otro. Sin embargo, también suele ser necesario que la energía y las señales eléctricas pasen entre ambos, lo que generalmente se logra con conectores. El conector puede crear una vulnerabilidad en el aislamiento entre los dos recintos, permitiendo que se filtren humedad y gases. Para muchas aplicaciones es imperativo que los conectores estén diseñados específicamente para crear un sello hermético para evitar fugas.

Un ejemplo extremo de donde se requieren conectores herméticamente sellados es en los hornos de deposición química de vapor (CVD). Los conectores deben evitar que gases contaminantes penetren a través del conjunto. Esto permite que los sistemas funcionen en las condiciones ambientales controladas necesarias para el procesamiento por lotes. Además, los conectores deben poder soportar variaciones extremas de temperatura, vibraciones intensas y otros factores físicos que pueden acompañar el procesamiento industrial. La falla de un sello puede ser catastrófica para el lote y el sistema.

Tipos de sellos herméticos

Existen varios tipos de sellos herméticos. Estos incluyen los sellos de vidrio (sellos emparejados), los sellos de compresión y los sellos de resina epóxica.

Los sellos emparejados son los más comunes entre los sellos herméticos, ya que ofrecen una opción económica diseñada para las aplicaciones ligeras. En este tipo de sello, el vidrio proporciona una estructura rígida contra la cual el metal puede comprimirse y unirse, además de servir de soporte para los contactos. Sin embargo, estos sellos emparejados solo son posibles si el vidrio y el metal tienen coeficientes de expansión térmica similares.

Por otro lado, los sellos de compresión ofrecen un sello más robusto para aplicaciones más exigentes. Estos sellos pueden tener diferentes coeficientes de expansión térmica, pero pueden funcionar de manera confiable en aplicaciones de alta presión. Estos son los más caros y a menudo requieren moldes y accesorios personalizados para su realización.

Figura 1: Estabilizador epóxico dimetil-dihidroxibenceno (C8H10O2)

Por último, los sellos epoxi ofrecen un excelente método alternativo de sellado hermético. Se adhiere bien a los metales, tiene una alta rigidez dieléctrica, buena conductividad térmica y ofrece una gran resistencia a los materiales corrosivos. Las ventajas de utilizar un sello epoxi son:

1. Fuerte atracción polar – Los epóxicos forman un enlace fuerte con los óxidos de la superficie del metal evitando fugas de gases o fluidos en condiciones de baja y alta presión.
2. Alta rigidez dieléctrica: La resina epóxica aguanta altas tensiones sin descomponerse, lo que permite una mayor densidad de señal.
3. Buena conductividad térmica – El epoxi transferirá el calor del componente y reducirá el sobrecalentamiento y la degradación térmica.
4. Amplia resistencia química – El epoxi es inerte a la mayoría de los productos químicos; por lo tanto, es menos corrosivo y más duradero.

Prueba y rendimiento del sello hermético

El rendimiento de un conector herméticamente sellado a menudo se evalúa por su tasa de fuga, que se mide en unidades de centímetros cúbicos por segundo [cm3/seg]. Esta es una medida del volumen de gas que pasará a través de un sello a lo largo del tiempo.

Dependiendo de una aplicación determinada, se necesitarán diferentes requisitos para un sello hermético. Por ejemplo, se puede esperar que un sello hermético en un dispositivo médico tenga una vida útil mucho más larga y un mejor rendimiento que un sello utilizado en un equipo industrial.

El rendimiento del sello del conector se puede clasificar según las tasas de fuga que se detallan a continuación:

• Sellos de menor rendimiento = 10^-4cm³/s
• Sellos herméticos de alta calidad = 10⁻⁸ cm³/s
• Sellos herméticos de máximo rendimiento = 10⁻¹² cm³/s

Existen varios métodos de prueba que se utilizan para medir la tasa de fugas, tres de los cuales se enumeran a continuación:

Método de decaimiento de presión

El método de caída de presión es una técnica de bajo costo para evaluar dispositivos de menor rendimiento. Esta prueba se realiza atrapando la presión dentro de un producto y luego midiendo la pérdida de presión.

Figura 2: Diagrama del método de decaimiento de presión

Método de espectrometría de masas

Por otro lado, el método de espectrometría de masas es costoso pero ofrece el mejor método para realizar pruebas precisas y de alto rendimiento. En esta prueba se ionizan gases en el vacío, normalmente helio. Se aplica un voltaje que acelera los iones de helio y en consecuencia crea un campo magnético. El espectrómetro de masas puede medir la corriente que crean los iones y medir la fuga a través de su proporcionalidad directa a la concentración de helio en el vacío.

Figura 3: Diagrama del método de espectrometría de masas

Método del gas trazador

Por último, el método del gas trazador ofrece un equilibrio entre los dos. Es menos costoso que la espectrometría de masas pero más exacto que el método de caída de presión. Este método de prueba se logra midiendo las concentraciones de un gas trazador (generalmente helio) en una cámara cerrada.

Figura 4: Diagrama del método del gas trazador

Ejemplos de soluciones de conector

Muchos conectores eléctricos están sellados herméticamente con epoxi. Este material ofrece una solución económica y fácil de fabricar para el sellado hermético de conectores. Cinch ofrece una amplia variedad de conectores sellados herméticamente y ha desarrollado un epoxi patentado que crea sellos herméticos de alto rendimiento en comparación con soluciones alternativas.

Estas son algunas de las opciones disponibles de Cinch:

• Conectores nanominiatura de lóbulo doble
• Serie de estabilizadores soldables de aluminio, pasacables RF
• Productos de vacío UHV
• Conectores herméticos Micro-D Dura-Con
• Conectores Micro-D con material dieléctrico cerámico

Los conectores micro-D, así como otras opciones alternativas selladas herméticamente, están todos disponibles como componentes listos para usar. Estos se pueden encontrar a través de distribuidores comunes como Mouser y Digi-Key y están bien surtidos.

Además, también están disponibles soluciones personalizadas. Si los conectores disponibles en el mercado no son adecuados para una aplicación determinada, Cinch puede colaborar con los clientes para ofrecer opciones personalizadas de conectores con sellos herméticos. Se pueden ofrecer soluciones personalizadas como conjuntos completos, e incluso es posible integrar un conector dentro de una carcasa según las necesidades específicas.

Conectores herméticos para aplicaciones exigentes

En general, existe una gran variedad de formas y tamaños de sellos herméticos. La aplicación y el rendimiento necesario del sello a menudo determinarán el tipo de sello hermético que se utiliza. Los sellos herméticos a menudo se fabrican con un sello epóxico y pueden lograr tasas de fuga mínimas del orden de 10⁻⁸ cm³/s.

Figura 5: Conectores micro-D Cinch sellados herméticamente

Para necesidades de creación rápida de prototipos y pruebas, muchos de los conectores herméticamente sellados de Cinch están disponibles como componentes listos para usar. Por otro lado, para las aplicaciones más específicas, los interesados pueden trabajar directamente con Cinch con el fin de crear soluciones personalizadas para las aplicaciones más exigentes.