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Méthode pratique pour protéger les circuits imprimés dans les environnements difficiles et exigeant

GB DE Posted on 03 January 2019 by Alistair Little
Étiquettes: Résines d’encapsulation

Dans cet article mensuel de blog, j’ai pensé à poursuivre sur mon thème des cinq “Meilleurs astuces” pour les concepteurs et fabricants de circuits qui cherchent à s’assurer de la fiabilité et la longévité en service de leurs montages et produits électroniques.

1Tout d’abord, réfléchissez très soigneusement au type d’environnement que votre circuit imprimé est susceptible de rencontrer. Il est facile de “surprotéger” un produit de façon qu’il survive aux pires conditions imaginables, mais ces “pires conditions” peuvent n’être que transitoires ou passagères et donc une solution à base de résine de caractéristiques de performances inférieures en température pourrait souvent suffire. Prenons comme exemple les températures extrêmes ; votre application peut avoir à subir des pointes de température occasionnelles atteignant 180 °C, ce qui pourrait vous conduire à penser qu’elle mérite un traitement avec une résine spéciale. Néanmoins, ces excursions en température peuvent n’être que de courte durée ; dans des conditions d’utilisation “normales”, le circuit imprimé peut n’être soumis qu’à une température maximale de disons 120 °C, qui ouvre un choix bien plus large de types de résine et de méthodes d’application.

De la même façon, la résistance chimique exigée de la résine choisie dépend de la durée et de l’étendue de la contamination chimique. Il y a par exemple une différence considérable en termes d’étendue des dommages chimiques entre une fine couche de contamination par un produit chimique sur la surface de la résine essuyé dans les cinq minutes et la présence de 500 ml d’un produit chimique sur la surface de cette résine pendant une heure ou plus – sans parler d’une immersion complète ! De plus, la gamme de produits chimiques à laquelle un circuit imprimé peut se trouver exposé est souvent relativement limitée, et ce n’est certainement pas la liste complète souvent mentionnée dans la phase de conception, et seulement destinée à rester “prudent”.

2Les facteurs d’environnement influençant normalement un circuit imprimé sont la température, les attaques chimiques, les chocs physiques (vibrations) et les chocs thermiques ; la difficulté consiste à trouver lequel est le plus susceptible d’avoir des conséquences graves sur votre circuit imprimé pour se concentrer ensuite sur le choix d’une résine appropriée. Chacun des trois grands types de résine (époxy, polyuréthane et silicone) a ses points forts ainsi que ses faiblesses.

Les résines silicone ont la plus large plage de température d’utilisation en continu de toutes les chimies de résine, elles sont donc un choix naturel pour les applications ayant à connaître à la fois des hautes et des basses températures, ainsi que celles soumises à des chocs thermiques. Elles conservent aussi leur souplesse sur cette plage de température avec de très faibles symptômes de dégradation au cours du temps. Par contre, les silicones ont une faible adhérence sur certains supports et leur résistance chimique n’est pas aussi bonne que celle assurée par une résine époxy.

En plus d’excellentes caractéristiques de résistance chimique, les résines époxy ont de bonnes performances en température. Néanmoins, leur rigidité fait que les résines époxy ne sont pas aussi protectrices contre les chocs physiques. Les polyuréthanes, par contre, ont une excellente résistance physique et à l’humidité, mais de mauvaises performances à haute température. En conséquence, il est préférable de limiter les résines polyuréthanes aux applications dans les températures de -40 à +120 °C. Elles donnent néanmoins des niveaux de souplesse comparables et une meilleure adhérence sur beaucoup de supports que les silicones – à meilleur coût.

3.  Quand le circuit imprimé est monté dans un boitier dans laquelle on coule de la résine pour une encapsulation complète, le matériau du boitier doit aussi être pris en compte. Dans le cas des boitiers en plastique, elles sont normalement moulées par injection, il peut donc y avoir des traces d’agent de démoulage sur les surfaces qui pourraient conduire à une mauvaise adhérence de la résine, à moins d’éliminer cet agent auparavant. Certains plastiques sont très sensibles à l’humidité, et susceptibles de variation dimensionnelle et autres variations physiques en présence d’humidité, qui imposent des contraintes physiques sur le support, la résine d’encapsulation, le circuit imprimé et les composants. Quand le boitier est en acier, en aluminium ou autres métaux, les différences de coefficient de dilatation thermique entre le support et la résine doivent être prises en compte, ainsi que le traitement de surface utilisé, qui peut modifier l’adhérence de la résine.

4.  Le plus souvent, plus la couche de résine est importante, meilleure est la protection ; néanmoins, à moins que tous les composants du circuit imprimé soient de hauteur uniforme, l’épaisseur de la couche de résine est variable sur la carte, ce qui peut se traduire par des niveaux de protection légèrement différents des composants individuels. Une bonne conception de carte associée à un choix approprié de composants font beaucoup pour atténuer ce type de problème, mais c’est la couche de résine la plus mince qui doit être prise comme niveau de protection assuré sur l’ensemble de la carte. Naturellement, face à la volonté ou au besoin de réduire le poids ou le volume, les concepteurs sont incités à réduire la quantité de résine appliquée. Toutefois, la durée de vie attendue doit être prise en compte, car les couches plus épaisses assurent généralement une meilleure protection à long terme.

5. N’oubliez pas, avant même d’envisager l’encapsulation ou l’enrobage par une résine,que le circuit imprimé doit être soigneusement nettoyé. La contamination de surface peut avoir des conséquences négatives sur les niveaux de protection assurés par l’encapsulation, en particulier pour la résistance chimique (car elle crée une voie plus facile de pénétration des produits chimiques). De plus, les contaminations ont une influence néfaste sur la capacité de la résine à absorber les chocs physiques et thermiques du fait de la mauvaise formation d’une couche entre la résine et le circuit imprimé, conduisant finalement à un délaminage. Bien sûr, après le nettoyage, tout solvant ou solution de nettoyage doit être éliminé et le circuit imprimé doit être soigneusement séché avant l’application de la résine.

En prêtant attention à ces principes de base de conception, vous pourrez atteindre les niveaux de fiabilité et de longue durée de vie qui assureront de longues et heureuses relations avec vos clients !  Dans les mois à venir, je m’intéresserai à une grande diversité de problèmes concernant le choix et l’application corrects des résines, restez donc à l’écoute de ces articles dans les numéros à venir de SMT magazine.