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Vernis de Tropicalisation Vs Résine d’Encapsulation : Quelle est la meilleure option pour protéger ma carte électronique, vernis ou résine ?

EN  EN  NL Publié le 2017-11-15

Cette question revient fréquemment. En effet, pour protéger des circuits imprimés, quel est le mieux entre un vernis ou une résine ? Comme dans toute bonne réponse technique, cela dépend… du degré de protection souhaité. Le premier élément à prendre en considération est la conception du niveau de protection environnant ou boîtier dans lequel est inclue la carte imprimée. Si l’ensemble est inséré dans un boîtier destiné à en être la protection principale, un vernis de tropicalisation est d’ordinaire utilisé et suffisant pour apporter une protection complémentaire. Si un boîtier n’est pas utilisable ou ne permet pas de protéger de façon globale l’ensemble électronique, une résine est alors mieux indiquée.

Cette première question en entraîne habituellement une seconde : « Qu’est-ce qu'un vernis et qu’est-ce qu'une résine ? ». L’un et l’autre sont généralement des polymères organiques qui, une fois durcis, forment une couche électriquement isolante présentant un certain degré de résistance chimique et thermique. Il y a une certaine similitude dans la chimie des polymères utilisés, acrylique, époxy, polyuréthane et silicone étant les plus fréquemment rencontrés.

Vernis de tropicalisation

En règle générale, les vernis sont de fines pellicules de 25 à 100 microns d’épaisseur ; ils augmentent, de fait, de façon très minime le poids de l’ensemble. Ils sont souvent transparents, autorisant une identification rapide des composants qu’ils recouvrent, et faciles à retravailler, pour remplacer au besoin des composants. Leur résistance chimique et thermique est généralement bonne pour de courtes expositions. Les vernis exercent relativement peu de contrainte sur les composants, avantage certain si ces derniers ont de fines broches ou tiges.

 Les vernis sont, pour la plupart, des systèmes monocomposants (1K), avec durée de bain longue, température de durcissement ou séchage basse et durée de séchage brève. En une seule partie, ils sont manifestement plus faciles à travailler et appliquer ; toutefois, la majorité des revêtements 1K est à base de solvant, leur viscosité ayant été modifiée à des fins d’application. D’un autre côté, des revêtements époxy et polyuréthane à deux composants (2K) récemment commercialisés combinent la protection et les propriétés d’une résine (voir ci-dessous) à la facilité d’application d’un vernis, sans utilisation de solvants, ce qui leur confère un avantage écologique. Ces derniers offrent une excellente couverture et leur flexibilité supérieure permet de protéger des composants fragiles. Les revêtements 2K ont également des propriétés mécaniques et une résistance aux frottements remarquables mais, étant en deux parties, ils sont plus difficiles à travailler que les revêtements 1K et sont pratiquement impossibles à enlever, ce qui rend la réparation de cartes imprimées très difficile. Ils peuvent être appliqués à la main à l’aide d’un pinceau ou d’un pistolet pulvérisateur, ou encore par trempage. Cependant, ils sont de plus en plus appliqués par des systèmes de dépose sélective robotisés pour un traitement plus maîtrisé et uniforme.

Du fait de la généralisation de l’application par pulvérisation des vernis, ceux-ci doivent avoir une viscosité assez faible pour permettre à la substance qui les compose d’être atomisée. En d’autres termes, cela signifie que traditionnellement les vernis contiennent des niveaux élevés de solvants pour abaisser la viscosité de la résine de base.

 La teneur en solvant de nombreux revêtements a entraîné l'utilisation fréquente de la chaleur pour éliminer les solvants pour permettre à ces résines de durcir, car si laissées à température ambiante, le solvant pourrait rester piégé dans le vernis provoquant un risque défaillance prématurée

En réponse à la sensibilisation écologique grandissante, les solvants utilisés ont changé afin de contenir moins de COV (composés organiques volatils) et d’être présents en moindres quantités dans les vernis. Les nouvelles substances sont souvent sans solvant et dites à teneur maximale en solides (100 %), parce que l’intégralité de la substance appliquée sur la carte de circuits électroniques  va se réticuler pour produire un film sec d'épaisseur similaire au film humide. Ces vernis 100 % solides durcissent sous l’effet de la chaleur, de l’humidité ou d’un rayonnement ultraviolet, selon leur formulation.

Résines

Les résines peuvent être appliquées dès 0,5 millimètre d’épaisseur mais sont généralement d’une épaisseur supérieure. Cette épaisseur plus élevée se traduit naturellement par une augmentation significative du poids et, souvent, un prix unitaire plus élevé que celui d’un vernis. Toutefois, cette épaisseur accrue signifie aussi que les circuits imprimés sont bien mieux protégés contre une agression chimique, en particulier dans les cas d’immersion prolongée. De même, une résine offre une protection supérieure contre les chocs physiques (selon la formulation), dans la mesure où l’épaisseur de la résine aide à dissiper l’énergie de l’impact sur l’ensemble de la carte au lieu de la focaliser. Une couche de résine de couleur opaque peut complètement cacher les circuits imprimés, ce qui assure une certaine sécurité de conception. De plus, selon la résine choisie, son retrait peut également se traduire par la destruction des circuits imprimés.

 Les résines sont généralement des systèmes bi-composants (2K), dans lesquels une résine (partie A) est mélangée à une quantité appropriée de durcisseur (partie B), mélange qui initie une réaction chimique faisant apparaître un polymère réticulé. Les résines ont généralement une viscosité nettement supérieure et contiennent couramment des charges minérales pour aider leur performance. Puisqu’il n’est pas nécessaire d’appliquer les résines par pulvérisation, les formulations de résine sont majoritairement sans COV et la plupart des résines sont conçues pour durcir à température ambiante, même si le temps de durcissement peut être réduit par l’application de chaleur. Il arrive que certaines résines nécessitent un post-traitement pour que leurs propriétés se développent de manière optimale. Bon nombre des résines commencent à réagir dès que les 2 composants sont mélangés. La majorité des réactions de durcissement sont exothermiques, les liaisons chimiques étant rompues et réorganisées. Les réactions exothermiques sont chaudes par nature mais cette chaleur peut être contrôlée en évaluant minutieusement la quantité de substance qui doit être coulée. Trop de résine à la fois peut entraîner une surchauffe des composants voire, dans le pire des cas, la coulée prend feu.

L’application d’une résine peut être une opération de mélange relativement simple, les 2 composants étant présentés, dans les bonnes proportions, dans des compartiments distincts. L’utilisateur n’a plus qu’à retirer la cloison de séparation, mélanger soigneusement les deux composants puis les verser pour couvrir la surface donnée selon l’épaisseur requise. À l’instar des vernis, l’utilisation de matériel de distribution 2K automatisé se répand de plus en plus pour mélanger et distribuer la résine comme il se doit, de manière uniforme et reproductible.

Il est intéressant de noter que, dans certaines applications, où une formulation de résine 2K peut avoir été le premier choix pour protéger des circuits, un revêtement 2K peut s’avérer plus approprié, grâce à ses propriétés mécaniques supérieures à celles des vernis 1K. De plus, passer d’une résine à un vernis élimine les contraintes de poids de la première, ce qui peut être primordial pour certaines applications.

Et donc, comment savoir ce qui est mieux pour mon application ?

La conception des cartes de circuits imprimés, le boîtier et l’environnement d’utilisation finale anticipé jouent tous un rôle majeur dans la décision d’utiliser un vernis ou une résine.

Comme précédemment mentionné, si le boîtier assure une protection principale suffisante aux conditions d’environnement, l’utilisation d’un revêtement va venir la renforcer, protégeant la carte si la première barrière protectrice est endommagée ou fissurée ou assurant une protection contre une humidité et une condensation élevées à l’intérieur du boîtier.

Bien souvent, les résines sont utilisées de façon à faire partie du boîtier et relèvent donc de la protection principale, devant à ce titre résister à tous les contaminants potentiels auquel le boîtier peut être soumis lors de l’utilisation finale.

Les résines sont fréquemment utilisées pour l’électronique haute tension ou en environnement à risque d’explosion, devenant un diélectrique isolant complet prévenant tout arc électrique.

Une carte et un boîtier bien conçus feront de l’application du vernis ou de la résine un processus rapide et efficace, rentable à la fois en termes de temps et de matériau requis pour le traitement.

Enfin, juste pour compliquer le tout, Electrolube a récemment lancé une gamme de matériaux de revêtements basés sur une chimie 2K identique à celle des résines mais conçus pour être appliqués par machine à vernissage sélectif selon une épaisseur de 200-400 microns, combinant ainsi bon nombre des avantages et minimisant bon nombre des inconvénients des deux technologies.

Ces nouveaux revêtements 2K ont notamment prouvé leur excellente performance dans des environnements à condensation. Dans des essais en caisson environnemental simulant des conditions de condensation extrêmes, tandis qu'un ensemble rempli avec une résine d’uréthane a obtenu les valeurs globales les plus élevées en termes de protection de circuit – et montré le moins de changement lors de la condensation – la très grande différence d’épaisseur entre la résine et le revêtement 2K ne s’est pas traduite par une forte augmentation en performance. En effet, le revêtement 2K a obtenu à peu près les mêmes résultats que l’ensemble résiné à seulement un dixième de son épaisseur. Les revêtements 2K peuvent être appliqués avec plus d’épaisseur que les précédents vernis sans risque de fissuration. Ils peuvent également être facilement appliqués par des techniques de dépose sélective pour donner un revêtement d’une épaisseur plus régulière et une couverture des arêtes efficace là où un vernis conventionnel fait défaut et requiert un remplissage par résine.