Le mois dernier, j’ai commencé une série de blogs sur les résines en revenant aux principes fondamentaux et en m’interrogeant sur les critères essentiels sur le choix et l’application des résines. J’explorerai ce domaine plus en détail au cours des prochains mois, car il y a beaucoup plus à expliquer pour vous aider dans votre quête d’une protection adaptée à vos unités. Pour le blog de ce mois-ci, examinons de plus près les propriétés chimiques fondamentales des résines d’enrobage et d’encapsulation et voyons comment chaque type de résine offre des propriétés individuelles qui peuvent être exploitées pour maximiser les performances dans un large éventail de conditions environnementales. Lorsque vous vous lancez dans la sélection d’une résine, il y a des points critiques qui se présentent pour une résistance efficace dans les environnements d’utilisation finale, alors explorons-les un peu plus en détail.
Tout d’abord, intéressons-nous à l’ennemi juré des appareils électriques et électroniques, la redoutable “humidité”. En plus de produire des courts-circuits, l’humidité provoque de la corrosion, ce qui entraîne une détérioration prématurée des composants. Alors, quelle résine est la mieux adaptée pour combattre l’humidité ?… Les résines polyuréthanes ! Elles sont généralement fournies sous forme de produits à deux composants qui atteignent le durcissement souhaité lorsqu’ils sont mélangés, et offrent cette résistance à l’humidité si importante, ainsi qu’une excellente isolation électrique, une flexibilité et une bonne adhérence à la plupart des substrats, qu’ils soient métalliques ou plastiques. Pour une résistance à l’eau plus importante, comme dans les applications en immersion, il existe des systèmes de résine polyuréthane qui offrent une résistance exceptionnelle à l’eau et à l’eau de mer et aux températures extrêmes, ce qui en fait un choix idéal pour les applications marines telles que l’encapsulation de capteurs. Un autre bon exemple de composant encapsulé dans une résine polyuréthane qui nécessite une protection maximale contre la pénétration d’eau est une unité d’éclairage à LED en extérieur ; ces résines sont également optiquement claires et résistantes aux UV (ne jaunissent pas après exposition à la lumière de soleil), ce qui les rend idéales pour ce genre d’application.
Electrolube a par exemple été chargé de solutionner une application d’éclairage LED en milieu aquatique. Il s’agit d’un cas typique où les résines d’encapsulation sont indispensables pour une performance fiable à long terme. L’eau corrode naturellement la plupart des métaux par oxydation électrochimique. Lorsqu’un milieu salin est utilisé, le taux d’oxydation augmente considérablement en raison de la présence d’ions sodium et chlorure dissous.
Le département Support Technique d’Electrolube est alors entré en action pour résoudre ce problème. Le client utilisait déjà une résine, de chimie époxy, d’un autre fournisseur, qui provoquait des déformations du boîtier en plastique en raison d’une réaction exothermique trop élevée lors de l’encapsulation, et qui devait donc être remplacée. La résine devait résister à des températures d’eau comprises entre 5 et 40°C, être ignifuge et être bleu clair pour des raisons esthétiques. Il est important de noter que l’unité nécessitait une résine d’encapsulation flexible, capable donc de résister aux attaques d’une immersion constante dans l’eau de la piscine. A noter également que cette eau pouvait être de l’eau salée ou de l’eau douce. L’unité à protéger était complexe, avec de minuscules interstices dans le boîtier, il était de plus essentiel que la résine ne s’infiltre pas dans certaines zones tout en protégeant tous les composants et sans recouvrir la lentille LED.
Le choix s’est donc porté sur le produit UR5097, qui a d’ailleurs fait ses preuves en matière de protection dans d’autres applications sous-marines. Le seul problème était sa couleur, noire, et le fait que l’UR5097 soit conçu pour s’écouler au travers d’espaces relativement étroits. Avec un peu de réflexion, la solution logique était d’augmenter sa nature thixotropique, ce qui a permis à la résine de recouvrir efficacement tous les composants nécessaires sans être présente dans les parties non-souhaitées de l’unité et enfin de changer simplement le pigment de la résine.
L’équipe de R&D a donc produit un matériau qui restait encore très facile à mélanger et à verser dans l’unité, avec une thixotropie suffisante pour empêcher l’écoulement dans les interstices et sur la lentille LED, et modifié la pigmentation afin d’obtenir la nuance de couleur souhaitée. Cette solution a très bien fonctionné. Ce qui est important pour cette application est que la résine peut résister à l’entrée d’eau douce et d’eau salée et empêcher la transmission d’ions métalliques qui pourraient attaquer tout métal présent dans l’unité. Le polymère utilisé dans la résine est très résistant à l’eau, même aux pressions élevées que l’on observe lorsque la profondeur de l’eau augmente. Cet exemple démontre donc que tout est possible lorsqu’il s’agit de trouver des solutions de résinage qui offrent une résistance efficace et adaptée aux environnements d’utilisation finale.
Si la protection de composants contre les chocs mécaniques et les vibrations est un critère important, une résine durcie plus flexible est probablement la meilleure solution car elle ajoute un niveau de performance qui aide à protéger les composants encapsulés contre les mouvements mécaniques défavorables. En plus de leurs propriétés de résistance à l’humidité, les résines polyuréthanes offrent également ce niveau de flexibilité souhaité et sont donc souvent le premier choix pour la protection contre les chocs et les vibrations. La résine polyuréthane UR5118 d’Electrolube est par exemple utilisée dans les capteurs de système de contrôle de la pression des pneus (TPMS) ; cette résine très résistante à l’humidité passe facilement les tests de vieillissement accéléré, essentiels à la qualification de résine pour les TPMS utilisés dans l’industrie automobile. Les résines silicone offrent également une excellente flexibilité et tolèrent des températures de fonctionnement encore plus élevées.
Il existe certaines résines époxy qui offrent aussi une bonne résistance à l’humidité, ainsi qu’un durcissement rapide, une dureté et une grande stabilité, notamment dans des environnements à température variable. Ces époxydes adhèrent également bien à la plupart des substrats, même les substrats difficiles à tension superficielle très faible, comme le PTFE, ce qui garantit une encapsulation parfaitement étanche.
Vous pouvez également avoir besoin de protéger des composants électriques ou électroniques contre les produits chimiques, notamment les acides, les alcalis, les solvants et autres substances qui constituent une menace pour les circuits et les composants délicats. La résistance aux produits chimiques est essentiellement le domaine des résines époxy, bien que certains produits en polyuréthane offrent aussi une certaine résistance, ainsi que certaines formulations à base de silicone, et un relatif degré de protection. De nombreux produits à base de résine époxy sont efficaces pour protéger les unités qui subissent une immersion fréquente ou permanente dans des solvants. La résine époxy ER2223 d’Electrolube, spécialement conçue pour offrir une stabilité à haute température et une excellente résistance à une large gamme de produits chimiques et d’huiles, est utilisée dans les capteurs de niveau de carburant. Ces capteurs sont exposés à certaines des conditions les plus hostiles et l’ER2223 est essentielle à la fiabilité et à la fonctionnalité requises dans les applications automobiles.
Les chocs thermiques peuvent avoir un effet dévastateur sur les composants électroniques, réduisant leur durée de vie au mieux et les détruisant complètement au pire. Les effets néfastes du stress thermique peuvent être grandement améliorés par l’utilisation de résines époxy en deux parties qui ont un faible coefficient de dilatation thermique (Coefficient of Thermal Expansion ou CTE), la meilleure solution pour les applications qui subissent des cycles de température sévères ou qui sont susceptibles de subir un choc thermique. Les résines à faible CTE atténuent le décalage de la dilatation thermique entre la résine, le substrat, les composants et le joint de soudure. Les résines époxy à faible CTE peuvent donc assurer la stabilité dimensionnelle, protégeant ainsi l’intégrité de l’ensemble de l’unité pendant les cycles thermiques à haute et basse température.
Enfin, il est bon de rappeler qu’en plus de fournir toutes les protections énumérées ci-dessus, les résines opaques d’enrobage et d’encapsulation dissimulent également ce qui se trouve en dessous. Cela peut constituer une protection efficace contre les contrefacteurs ou ceux qui souhaitent copier le schéma d’un circuit, vous aidant ainsi à protéger votre propriété intellectuelle.
Au cours des prochains mois, j’espère vous fournir des astuces et des conseils de conception utiles qui faciliteront un peu la vie de ceux qui sont chargés de prendre les décisions relatives à la protection des composants et des circuits. J’espère que ce qui précède vous aidera à choisir la bonne résine pour son environnement d’utilisation finale. Ne manquez pas ma prochaine chronique, dans laquelle j’explorerai plus en détail les systèmes de résine.
