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Les vernis de tropicalisation pour applications électroniques militaires.

EN Étiquettes: Les vernis de tropicalisation, Solutions de dissipation thermique

Bien faire les choses dès la première fois, et à chaque fois ...

L’électronique pour applications militaires doit fonctionner dès la première fois, en conditions environnementales des plus variées et toujours plus exigeantes. Les programmes militaires se déroulent souvent sur plusieurs décennies et le matériel doit être mis à jour régulièrement tout au long du programme.

La plupart des composants électroniques de l’aéronautique sont exposés à différents environnements. Ils subissent souvent des vibrations, des variations extrêmes de température (selon que les composants électroniques sont en cabine ou en zones non-chauffées), ainsi que l’exposition à des produits chimiques de nettoyage et de dégivrage, etc. Les applications aéronautiques commerciales et militaires ont également en général une durée de vie de programme de plusieurs décennies et le matériel nécessite une mise à jour régulière pendant ces années d’utilisation.

Le niveau d’exigence de capacité des systèmes d’intégration est toujours plus élevé, de ce fait, il est nécessaire d’optimiser en permanence tous les paramètres impliqués : densité d’emballage, poids et fiabilité. Cette optimisation doit bien sûr prendre en compte l’ évolution constante de l’environnement des composants : plages de température plus vastes, augmentation des taux de changements thermiques, cycles de vibrations plus grands et stockage au moment du déploiement de plus en plus long en conditions de terrain.

Il est important de stipuler que la protection des composants électroniques contre ces environnements se compose de deux éléments : protection primaire et secondaire.

Protection primaire

L’électronique dédiée au militaire ou l’aéronautique est typiquement placée dans un boitier ou autre emballage. Dans la mesure du possible, l’emballage dans lequel l’assemblage se trouve formera la protection primaire de l’appareil; cela peut prendre la forme d’une boite hermétique ou d’un boitier entièrement résistant à la poussière et à l’eau, éloignant ces matériaux potentiellement très dangereux des parties sensibles de l’assemblage, afin qu’aucun dommage ne soit causé au matériel.

Plus facile à dire qu’à faire ! En particulier quand l’unité doit être connectée à un autre appareil (batteries, communication / programmation, etc.) ou si elle a besoin d’être refroidie par de l’air. Par conséquent, il est très courant d’utiliser un vernis de tropicalisation pour fournir un deuxième niveau de protection à l’assemblage électronique et proposer une solution de rechange au cas où le boitier échouerait et serait compromis.

Cockpit and pilots of a commercial aircraft

Vernis de tropicalisation en tant que protection secondaire

Afin de choisir un vernis de tropicalisation adapté, qui offre généralement une protection secondaire, il est nécessaire de prendre en compte les principaux éléments contre lesquels nous voulons protéger l’assemblage électronique mais aussi toutes autres exigences uniques causées par leur longue durée d’utilisation. Du fait que le boitier extérieur fournit les principales propriétés de protection, il y a cinq critères principaux à prendre en compte pour la protection secondaire : humidité / condensation, température maximale, cycles thermiques, atténuement de barbes d’étain et facilité de réparation.

Condensation

Il est important de rappeler que les boîtiers hermétiques protègent des contaminants potentiels extérieurs mais empêchent également tout contaminant contenus à l’intérieur de ressortir. De plus, il est difficile d’éliminer complètement toute trace d’eau dans boitier, ce qui implique donc une possibilité de présence d’humidité à l’intérieur du boitier hermétique. Avec les changements de températures et de pressions, il est très probable que l’assemblage soit soumis à une humidité condensée lorsque la surface de la carte électronique atteint le point de rosée.

Température maximale

Il est important que le vernis de tropicalisation ne se ramollisse pas de façon significative à température de fonctionnement maximale anticipée. En effet, le ramollissement excessif du vernis à température maximale pourrait entrainer son écoulement, résultant ainsi de l’apparition de traces mais aussi de l’enclavement de particules de matières qui peuvent créer une voie conductrice, et donc générer des courts-circuits indésirables.

Cycles thermiques

En termes de conditions thermiques, il est également primordial de s’assurer que le vernis puisse survivre aux transitions entre les températures minimum et maximum, au rythme prévu pendant le cycle de fonctionnement, sans se craqueler. Les fissures dans le vernis réduisent son efficacité en tant que barrière de protection.

Atténuement de la barbe d’étain

Avec un accroissement toujours plus important du nombre de pattes de composants soudées à l’étain depuis la mise en place de la soudure sans plomb, et des cycles de vie extrêmement longs des assemblages militaires et avioniques, les vernis de tropicalisation ont largement été utilisés afin d’atténuer efficacement la barbe d’étain. La plupart des types de vernis génériques ont démontré qu’ils offraient un atténuement du risque de courts-circuits dus aux filaments conducteurs de la barbe d’étain dans de nombreuses études. En général, les vernis les plus durs ont tendance à donner de meilleures performances dans ces évaluations, en supposant le même degré de couverture du vernis du cadre en plomb.

Réparations et modifications

Pendant le processus de modification ou de réparation, il est entièrement possible que les composants soient remplacés et des ‘fils de connexion’ doivent être placés entre les différentes zones pour modifier le matériel. Il est donc préférable que le vernis puisse être retiré facilement et proprement des zones concernées pour faciliter les réparations, mais aussi que le vernis ait une bonne adhésion à lui-même pour assurer qu’un joint efficace et permanent puisse être fait sur la surface réparée. Ces problèmes peuvent être évités s’il est facile d’enlever complètement le vernis de tropicalisation avant la réparation.

Sélection des matériaux

Dans le cas où les cinq éléments précédents ont été considérés correctement et que le vernis sélectionné est approprié, nous obtenons le tableau suivant des types de matériaux génériques et leurs capacités de performances combinées. Ce tableau est délibérément générique et il existe également une gamme de matériaux hybrides qui combine les meilleurs aspects de chaque groupe.

Type de matériauHumiditéCondensationPlage de températures (°C)Atténuement de barbe d’étainFacilité de réparation
Acrylique Excellent Bon -65 to + 125 Bon Très facile
Uréthane Bon Bas -65 to + 125 Très bon Difficile
Silicone Bas Excellent -70 to +200 Good Difficile
Epoxy Bas Bas -40 to + 125 Très bon Difficile
Pyralène Excellent Excellent -65 to +200* Excellent Très difficile
* Cet élément peut varier en fonction du type de Pyralène

Matériaux acryliques

Les matériaux acryliques offrent généralement un bon équilibre entre toutes les propriétés requises pour un matériau de protection secondaire. Le principal avantage des vernis acryliques se trouve dans la facilité de réparation et de modification puisque toute la couche de vernis peut être facilement retirée au contact de solvants.

Matériaux uréthanes et époxy

Les matériaux à base d’uréthane et d’époxy sont généralement moins efficaces en tant que barrière de protection sauf contre la barbe d’étain du fait de leur dureté. Ils sont également plus enclins à se fissurer dans le cas de pics de température et nécessitent généralement des produits chimiques beaucoup plus agressifs pour les enlever et les modifier. Les solutions à base d’huile ou d’alkydes peuvent dégazer une variété de composés chimiques tout au long de leur durée de vie, en particulier à températures élevées. De ce fait, ces matériaux sont peu adaptés à ces applications.

AFA in use

Matériaux silicones

Les matériaux silicones offrent généralement de bons niveaux de protection, sauf contre la vapeur humide. Ils offrent également l’avantage de fonctionner dans une vaste plage de températures. Les matériaux silicones peuvent souvent être difficiles à enlever pour modifications, cependant le frottement mécanique peut être une solution. Les matériaux silicones qui vulcanisent à température ambiante ont tendance à dégazer une variété de dérivés (certains pouvant être corrosifs), il est donc essentiel que la réticulation du matériau soit achevée pleinement avant soudure sur l’unité.

Pyralène

Les matériaux pyralènes offrent des propriétés de protection spectaculaires. L’application des vapeurs se faisant par aspirateur, ces vernis offrent également la meilleure couverture possible. Les principaux freins à l’utilisation du pyralène sont non seulement les chambres d’application spécialisées indispensables mais aussi le fait que le masquage doit être parfait à 100%. Les matériaux pyralènes sont difficiles à inspecter et retravailler. Le pyralène a une faible adhésion inter-couches et est habituellement recouvert par d’autres types de matériau après avoir été retravaillé.

Résumé

Les vernis de tropicalisation sont souvent utilisés afin d’améliorer la protection de circuits imprimés fournie par les boitiers ou l’unité fonctionnelle elle-même. Même s’il n’y a pas de bon ou mauvais choix, afin de faire la meilleure sélection, il semble indispensable de prendre en compte comme éléments primordiaux la fiabilité du circuit imprimé et les éléments contre lesquels nous voulons le protéger. Bien sûr, si le boitier lâche, et le vernis de tropicalisation devient la barrière de protection primaire alors c’est une toute autre histoire.



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