Beth Turner, responsable technique résines d’Electrolube, reprend le fil de ses blogs précédents pour décrire le rôle vital que jouent actuellement les résines dans le monde moderne, tout en offrant un aperçu de leur conductivité thermique, de leur adéquation aux applications RF et en explorant une nouvelle ère de résines d’encapsulation biosourcées qui améliorent non seulement l’environnement au sens large, mais aussi la fiabilité de l’utilisation finale et la satisfaction accrue du consommateur… Les performances de ces résines écologiques de nouvelle génération sont à lire absolument, alors sans plus attendre, entrons directement dans notre format en cinq points.
1) Résines d’encapsulation thermoconductrices – Pourquoi utiliser une de ces résines plutôt qu’une pâte thermique conventionnelle ou un MIT ?
Les pâtes thermiques sont souvent appliquées entre les composants générateurs de chaleur et les dissipateurs thermiques afin de maximiser le transfert de chaleur, d’améliorer la fiabilité des dispositifs et de prolonger leur durée de vie. Cela est dû à leurs valeurs élevées de conductivité thermique et, lorsqu’elles sont appliquées sous forme de ligne de liaison mince, elles présentent une faible résistance thermique. En appliquant une couche mince et uniforme d’un matériau d’interface thermique, il est possible d’obtenir une efficacité maximale de la dissipation de chaleur. Il est également important de tenir compte des conditions de température de fonctionnement ; dans le cas des LED, où les dispositifs sont allumés et éteints régulièrement, l’unité passe par un cycle thermique, se réchauffant une fois allumée et se refroidissant une fois éteinte. Au cours de la durée de vie du produit, de nombreux cycles thermiques ont lieu et cela peut affecter le positionnement d’une pâte thermique dans le temps. En d’autres termes, une pâte mal formulée peut migrer avec le temps et réduire l’efficacité.
Les résines thermoconductrices peuvent être utilisées comme une solution alternative pour “garder les choses au frais”, ces résines offrent également de nombreux autres avantages à valeur ajoutée tels que la protection mécanique. Si la protection des composants contre les chocs mécaniques et les vibrations est une préoccupation, alors une résine d’encapsulation thermoconductrice est probablement la meilleure solution car elle ajoute un niveau de stabilité qui aide à isoler les composants encapsulés contre les mouvements mécaniques défavorables. L’ennemi juré des appareils électriques et électroniques est la redoutable “humidité” ; en plus de produire des courts-circuits, l’humidité provoque la corrosion, ce qui entraîne une détérioration prématurée des composants. Vous pouvez également avoir besoin de protéger les composants électriques ou électroniques contre les produits chimiques, notamment les acides, les bases, les solvants et d’autres substances qui constituent une menace pour les circuits et les composants délicats. L’encapsulation à l’aide d’une résine thermoconductrice vous aidera à vous protéger contre tous ces facteurs externes difficiles. Enfin, il convient de mentionner qu’en plus de fournir toutes les protections énumérées ci-dessus, les résines d’encapsulation et d’enrobage opaques dissimulent également ce qui se trouve en dessous. Cela peut constituer une protection efficace contre les contrefacteurs ou ceux qui souhaitent copier un circuit, vous aidant ainsi à protéger votre propriété intellectuelle.
2) Quelle chimie (le cas échéant) se prête à la conductivité thermique – c’est-à-dire époxy, PU ou silicone ?
Les chimies époxy, polyuréthane et silicone sont toutes capables de produire des résines présentant des valeurs de conductivité thermique élevées. La conductivité thermique est dictée par le type de charge utilisé, la taille des particules, leur distribution et leur morphologie. Lorsque ces quatre facteurs sont soigneusement pris en compte dans le cadre de la conception du produit, on obtient des résines d’encapsulation présentant des valeurs de conductivité thermique élevées, indépendamment de la chimie réactive qui maintient la charge en place.
Dans la gamme Electrolube, l’ER2220 offre le plus haut niveau de conductivité thermique combiné à la protection de l’environnement offerte par le processus d’encapsulation. Cette résine époxy hautement chargée possède une conductivité thermique très élevée, 1,54 W/m.K. La conductivité thermique, mesurée en W/m.K, représente la capacité d’un matériau à conduire la chaleur. Les valeurs de conductivité thermique en vrac donnent une bonne indication du niveau de transfert de chaleur attendu, ce qui permet de comparer différents matériaux. Electrolube, qui fait partie de MacDermid Alpha Electronics Solutions, utilise, entre autres, la méthode Modified Transient Plane Source (MTPS) pour fournir des comparaisons précises de la conductivité thermique globale. Notez qu’il existe différentes méthodes pour déterminer la conductivité thermique. N’oubliez pas cela lorsque vous comparez les fiches techniques de différents fournisseurs.
3) Outre les avantages évidents pour l’environnement, quels sont les autres avantages que l’on peut attendre des résines biosourcées et Electrolube en attend-elle d’autres ?
Outre les avantages environnementaux évidents, l’utilisation de résines biosourcées présente de nombreux avantages. Des recherches ont montré que la qualité des performances peut être considérablement améliorée. Les résines dont le composant réactif est dérivé de matières premières biosourcées peuvent avoir de meilleures performances dans des environnements difficiles, notamment leur isolation électrique dans des conditions chaudes et humides par rapport aux composants réactifs dérivés du pétrole brut. La comparaison entre les poudres biogènes et les poudres de roche minérale montre que les bio-sources peuvent être utilisées pour dissiper efficacement la chaleur des dispositifs à haute densité de puissance et offrent une meilleure protection dans les environnements sous-marins.
Il peut également y avoir des avantages en matière de santé et de sécurité, par exemple, l’agent de durcissement ou le durcisseur généralement utilisé pour les polyuréthanes est basé sur le diisocyanate de méthylène diphényle (MDI), le pétrole brut est une matière première cruciale pour la synthèse du MDI. Le MDI est un sensibilisateur respiratoire et est nocif en cas d’inhalation de vapeurs. Du point de vue de l’étiquette H&S, il contient le pictogramme “poitrine qui explose” (GHS08/ danger pour la santé). Nous pouvons remplacer ce durcisseur par des agents réactifs alternatifs dérivés de sources biologiques qui ne contiennent pas le pictogramme GHS08 et sont beaucoup plus sûrs à utiliser pour les opérateurs.
4) Les résines biologiques se prêtent-elles aux applications RF ?
Ils le font très certainement. Electrolube UR5645 a un contenu bio-sourcé de plus de 60%, il s’agit d’une résine polyuréthane non chargée qui a trouvé son succès dans les applications de capteurs car elle a une faible constante diélectrique (permittivité relative). La plupart des communications IoT ont lieu dans des blocs du spectre des fréquences radio, une faible constante diélectrique est essentielle pour s’assurer que la résine n’interfère pas avec le signal RF. L’UR5645 offre une excellente isolation électrique sur une large plage de températures de fonctionnement, nécessaire pour des performances à long terme, et possède une grande ténacité offrant une protection contre les chocs physiques et les vibrations. Elle présente une bonne résistance à de nombreuses substances délétères, ce qui en fait le choix idéal pour renforcer les capteurs exposés à des environnements difficiles.
5)À quels types de programmes de test ces nouvelles bio-résines ont-elles été soumises ?
Les bio-résines ont fait l’objet de tests approfondis. Il existe une perception commune selon laquelle le passage au vert, ou au biosourcé, signifie qu’il y aura une sorte de compromis sur la qualité de la performance. Pour qu’une nouvelle ligne de produits soit relativement perturbatrice et ait une teneur élevée en produits biosourcés, il était essentiel de procéder à des tests extrêmes pour générer des données précieuses. Les barrières à l’entrée pour les résines d’encapsulation sur le marché de l’électronique sont relativement faibles par rapport à d’autres techniques de durcissement telles que les vernis de tropicalisation. En général, la qualification des résines se résume en grande partie à la sélection par les clients de leur propre application unique, la résine étant soit acceptée, soit refusée. Il n’y a pas de “norme industrielle” officielle qui définisse un critère de test spécifique, principalement parce que chaque application est vraiment unique.
Pour ne citer que quelques-uns des tests auxquels ces nouvelles bio-résines ont été soumises : Test de résistance à l’isolation de surface (SIR) sur des coupons de test B-24 en cuivre et en étain à 85°C/85% HR, pour s’assurer que l’encapsulant reste électriquement isolant dans des conditions chaudes et humides ; Résistivité volumique avant et après immersion dans l’eau et l’eau salée pour s’assurer que le matériau en vrac reste électriquement isolant dans des applications sous-marines ; Test de choc thermique, -40°C à +85°C pour le boîtier plastique et -40°C à +125°C pour le boîtier en acier galvanisé, pour surveiller toute fissure ou perte d’adhérence dans ce test de vie accéléré ; Un vieillissement thermique de 1000 heures a été effectué sur des échantillons de type IV conformément à la norme ASTM D638 ; la résistance à la traction et l’allongement ont été mesurés avant et après une exposition à des températures élevées pendant 100, 500 et 1000 heures afin de contrôler la constance des performances physiques lors d’une exposition à long terme à des températures élevées et de déterminer la température maximale de fonctionnement. De nombreux essais de durée de vie accélérés ont été réalisés pour évaluer les performances des nouveaux matériaux biosourcés par rapport aux résines disponibles dans le commerce, dérivées du pétrole brut et des poudres de roche minérale. La comparaison des données conclut que le passage au “vert” peut offrir des avantages en termes de performances dans les applications sous-marines ainsi que dans les environnements chauds et humides.
Les résines jouent un rôle essentiel pour garantir la survie d’un produit électronique pendant au moins sa durée de vie nominale, et souvent bien au-delà ; qu’elles soient chimiques, physiques ou thermiques, quelles que soient les conditions, il existe un système de résine qui peut être trouvé ou développé pour fournir la protection requise. J’espère que vous avez apprécié d’en savoir plus sur les avantages des résines biosourcées et sur ce qu’elles peuvent apporter à vos applications. Au cours des prochains mois, j’espère vous fournir d’autres astuces et 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 électroniques et des circuits imprimés.
