La dernière fois que j’ai abordé le sujet des résines d’encapsulation et d’enrobage, j’ai expliqué de façon assez approfondie leurs compositions chimiques, leurs propriétés physiques, et comment elles se comportent pendant leur mélange, leur application et leur polymérisation. Dans cet article, je vais revenir à notre format éprouvé de questions-réponses, pour proposer quatre questions courantes concernant les résines et leurs applications, accompagnées de mes réponses. J’espère qu’elles vous aideront à obtenir les meilleurs résultats pour tous vos travaux d’enrobage et d’encapsulation. Laissant pour le moment de côté le choix du matériau, commençons par un aspect essentiel de l’enrobage : la dépose de la résine.

Quels problèmes courants sont associés à la mécanique de l’enrobage ?

Il existe plusieurs problèmes que vous pourrez rencontrer lors de l’application d’une résine afin d’enrober un composant ou une partie intégrée sur un circuit imprimé. Voici deux difficultés qui surviennent fréquemment, et qui doivent être traitées pour éviter quelques problèmes élémentaires :
1) Parvenir à un flux régulier de résine à l’intérieur du volume à enrober, en faisant attention à ce que tous les composants contenus dans ce volume soient recouverts.
2) Minimiser l’emprisonnement d’air dans la résine, ce qui se produit fréquemment si le flux est turbulent. Des bulles d’air qui se formeraient à proximité immédiate de composants sont à éviter à tout prix, car la performance thermique de la résine serait compromise et les composants susceptibles de surchauffer. Il serait alors possible que des produits chimiques attaquent le composant dans l’espace ainsi créé.

Comment éviter ces problèmes ?

Cela dépendra de la taille et de la géométrie de l’appareil à enrober. Par exemple, pour les appareils de moyenne à grande taille, il est préférable d’appliquer la résine en deux endroits ou plus afin de mieux contrôler son flux. Si vous utilisez une tête d’application mobile, je suggère de déposer une couche de résine sur l’appareil tout entier, plutôt que de déposer seulement la quantité requise en un endroit et de la laisser se répartir sur l’ensemble.

Plus il y a de composants sur une carte (ou un montage), et plus leur géométrie est complexe, alors plus les modes d’écoulement seront susceptibles d’être compliqués. Il sera peut-être possible de chauffer la résine afin de réduire sa viscosité et d’améliorer le flux autour d’une disposition compliquée des composants, mais il y aura en contrepartie une réduction des temps d’emploi et de polymérisation. Si l’emprisonnement d’air vous préoccupe, il vaudra peut-être mieux revoir l’agencement des composants afin de réduire la présence de flux turbulents et le risque de formation de bulles d’air. Une autre solution serait de procéder à un enrobage sous vide, ce qui minimiserait le risque d’emprisonnement d’air et assurerait que la résine pénètre dans tous les espaces disponibles.

Comment sélectionner la résine la mieux adaptée à la tâche ?

Outre vous assurer que votre assemblage électronique respecte ses critères de conception et se conforme à l’usage prévu, le choix de la bonne résine d’encapsulation pourrait bien être le deuxième aspect le plus critique de tout le processus de conception. Il est important de comprendre où et comment l’appareil fini sera utilisé et quels critères de performance seront attendus. Ma recommandation serait d’établir une liste classant par ordre d’importance les conditions normales de fonctionnement auxquelles l’appareil sera exposé, puis des extrêmes probables de ces conditions.

La durée d’exposition de l’appareil à ces extrêmes des conditions anticipées est également un critère important à prendre en compte. Il existe un monde de différence entre la spécification d’une résine résistante aux produits chimiques qui peut tolérer l’immersion permanente dans, par exemple, de l’antigel, et celle d’une résine qui doit seulement occasionnellement résister à des éclaboussures d’antigel qui seront essuyées après de courtes périodes d’exposition.

De la même façon, si une application atteint un maximum de température de 150 °C, mais que cela ne se produit que deux fois par jour et seulement pour quelques minutes, alors que le reste du temps le maximum normal d’exploitation est de 90 °C, il est alors tout à fait acceptable de spécifier une résine dont la température normale d’exploitation est, disons, 120 °C, car la plupart des matériaux modernes tolèrent de larges écarts pendant de courtes périodes.

D’autres exigences d’application à prendre en compte peuvent inclure : des propriétés ignifuges, si la certification UL est nécessaire ; la transparence optique et la résistance aux UV, particulièrement dans les cas de systèmes pour éclairage à LED ; l’opacité, qui est souvent souhaitable pour protéger votre propriété intellectuelle contre la copie de vos circuits, et la compatibilité avec les signaux RF. Il est toujours recommandé d’effectuer des essais afin de confirmer l’adéquation de la résine sélectionnée, car chaque application est unique en termes de ses paramètres et conditions d’exploitation, ainsi que de la géométrie de l’appareil.

Quels types de polymères la chimie des résines offre-t-elle et en quoi diffèrent-ils ?
La composition chimique des résines se divise en trois grandes classes : époxy, polyuréthane et silicone. De ces trois classes, les résines époxy sont les plus robustes et les plus résistantes chimiquement, mais elles sont cassantes, difficiles voire impossibles à enlever pour reprise/réparation et généralement limitées à des températures d’exploitation comprises entre -40 °C et +150 °C. Les résines époxy offrent cependant d’excellentes propriétés d’adhérence à une large gamme de substrats.

Les polyuréthanes sont à la fois durs et flexibles et conviennent aux applications exploitées à de plus basses températures. Toutefois, en raison des limites de la chimie des polyuréthanes, ce type de résine n’est compatible que pour les applications atteignant un maximum de température de 110 °C (avec des exceptions pouvant aller jusqu’à 130 °C). La résistance chimique d’une résine polyuréthane est généralement inférieure à celle d’un époxy, mais les polyuréthanes, selon leur structure chimique, peuvent surpasser les époxy dans les cas d’éclaboussures ou d’immersion dans l’eau et les milieux à forte humidité.

Les résines polyuréthane sont couramment utilisées dans les applications marines, où leur résistance à la pénétration de l’eau est critique, et dans les applications sujettes à un haut niveau de contraintes physiques ou de flexion, comme pour l’enrobage d’accéléromètres, ou de capteurs intégrés dans les revêtements routiers. Si d’importants écarts de température sont attendus dans l’espace de courtes durées, ou dans le cas de longs cycles de température, la nature flexible de la résine présentera un avantage, car le risque de fissuration de contrainte sera faible.

Les silicones présentent la plage de température d’exploitation la plus large possible (-50 °C à +220 °C) ; une fois polymérisées elles surpassent les autres types en termes de flexibilité. Leur adhérence à certains substrats est médiocre, tout comme leur résistance chimique, particulièrement en ce qui concerne les acides, les aromatiques et les cétones. Néanmoins, grâce à leur structure aliphatique, elles offrent une excellente stabilité aux UV et des couleurs, particulièrement pour les applications directes en extérieur. Tandis qu’ils diffèrent énormément en termes de caractéristiques de performance, tous les types de résines présentent d’excellentes propriétés isolantes sur l’ensemble de leur gamme de températures d’exploitation respectives.

Les lecteurs doivent garder à l’esprit que ce qui précède n’offre que des conseils généraux. La chimie des résines a considérablement progressé ces dernières années. Il existe actuellement des résines commercialisées par des fournisseurs majeurs comme Electrolube, qui présentent des propriétés et des critères de performance souvent bien au-delà des limites normales attendues de leur type.