Comment sélectionner le meilleur matériau d'encapsulation de PCB pour votre projet

Introduction à l'empotage et à l'encapsulation

L’enrobage ou l’encapsulation est une méthode largement utilisée pour protéger les circuits imprimés contre les dommages, et elle s’est avérée efficace. Différents composés d'enrobage sont utilisés dans divers environnements de circuits, en fonction des avantages et des caractéristiques des matériaux. Les matériaux courants comprennent :

• Éthylène-acétate de vinyle (EVA)
• Sulfure de polyphénylène (PPS)
• Oxyde de polyphénylène
• polyamide-imide
• Acryliques
• Polyesters

Dans cet article, Highleap Electronic présente en détail les avantages, les inconvénients et les cas d'utilisation de différents matériaux. L'intégration des principes de conception pour la fabrication (DFM) dans le processus de fabrication des circuits imprimés garantit des résultats optimaux pour votre projet.

Qu’est-ce que l’enrobage des PCB ?

L'empotage est une mesure de protection courante utilisée par la plupart des fabricants de cartes PCBA pour protéger les circuits électroniques contre la chaleur, les risques environnementaux, les produits chimiques et les impacts. Ceci est réalisé en remplissant le boîtier de la carte PCB avec un composé d'enrobage, qui agit comme une résine d'encapsulation, protégeant ainsi l'ensemble de la carte et de ses composants. Voici quelques raisons pour lesquelles vous devriez envisager d'enrober les cartes PCB :

• L'enrobage améliore les performances électroniques et la fiabilité des circuits en protégeant les PCB contre les altérations, l'humidité et les fuites de tension. L'empotage protège également l'électronique des effets des vibrations et des contraintes, empêchant ainsi les déconnexions de câblage et les pannes précoces du système.
• De plus, les ondes de vibration du PCB et du boîtier du PCB peuvent s'associer, intensifiant les contraintes sur le PCB et provoquant une défaillance précoce. Les PCB deviennent résistants au stress et aux vibrations grâce à l'enrobage.
• En outre, l'encapsulation protège les PCB de la saleté et de la poussière, qui peuvent provoquer une surchauffe, des interférences de signal et une diminution de la vitesse ou des performances.
• Enfin, l’enrobage des cartes PCB améliore la sécurité et la confidentialité de l’appareil électronique. La nature de l'enrobage rend l'accès à votre PCB et la rétro-ingénierie de votre appareil incroyablement difficiles, améliorant ainsi la confidentialité et la sécurité de votre carte PCB.

Matériaux courants pour l'encapsulation des PCB

Éthylène-acétate de vinyle (EVA)

L'éthylène-acétate de vinyle (EVA) est un matériau d'enrobage largement utilisé dans l'industrie électronique en raison de ses avantages multifonctionnels. Il est idéal pour les applications extérieures nécessitant une résistance aux chocs en raison de sa capacité à absorber les chocs et les vibrations. De plus, il présente une bonne adhérence sur une variété de matériaux tels que les métaux, les plastiques et autres substrats. Il conserve ses propriétés même à basse température et offre une excellente isolation électrique.

Malgré ses avantages, ce composé d’enrobage présente certains inconvénients difficiles à ignorer. Si les matériaux flexibles empêchent toute fissuration lorsqu’ils sont pliés, ils ne peuvent pas offrir autant de protection mécanique que les matériaux rigides et peuvent ne pas convenir à certains composants fragiles. De plus, il n’est pas recommandé pour les environnements particulièrement extrêmes, comme les températures élevées ou les environnements acides. Bien que ce ne soit pas cher, il peut être difficile de l'obtenir pour les fabricants de PCBA dans certaines régions.

Compte tenu de ses avantages et inconvénients, il est évident que l'EVA peut être utilisé dans divers contextes et applications. On le retrouve couramment dans les circuits imprimés de l'électronique grand public , comme les téléphones portables, les tablettes et les ordinateurs portables. Cependant, il peut ne pas convenir aux applications industrielles où certains produits, tels que les contrôleurs de moteurs, les automates programmables et les capteurs, exigent des circuits imprimés une résistance mécanique supérieure à celle que l'EVA peut offrir. De plus, il n'est pas utilisé dans des applications de pointe comme les équipements médicaux , l'électronique marine, l'électronique aérospatiale et de défense, l'électronique automobile et les applications liées aux énergies renouvelables. Malgré ses limitations, l'EVA demeure un matériau d'encapsulation polyvalent et économique pour de nombreux dispositifs électroniques.

Sulfure de polyphénylène (PPS)

Le sulfure de polyphénylène (PPS) est un matériau thermoplastique très résistant et durable, supportant des températures jusqu'à 260 °C, ce qui le rend idéal pour les applications à haute température. Ce matériau est hautement ignifuge et conforme à la norme d'inflammabilité UL 94 V-0 , garantissant sa fiabilité et sa sécurité dans les environnements difficiles. Sa haute résistance et sa rigidité, associées à un bon retrait et une excellente stabilité dimensionnelle, en font un choix idéal pour les circuits imprimés exigeant une grande précision. De plus, son exceptionnelle résistance à la corrosion lui permet d'être exposé aux acides et aux bases.

Il est toutefois important de noter que le PPS est une option relativement coûteuse et nécessite un équipement spécialisé pour le traitement des PCBA. De plus, il s’agit d’un matériau rigide qui ne peut pas répondre aux besoins des PCB flexibles. Ses propriétés peuvent également être affaiblies dans certains environnements, comme le ramollissement à basse température et la décoloration ou la dégradation lorsqu'elle est exposée aux rayons UV.

L'alimentation par plasma (PPS) est largement utilisée dans des applications de pointe et à coût élevé, telles que les équipements de communication aérospatiale, les systèmes de navigation et les modules de commande électroniques de défense, ainsi que les capteurs des véhicules autonomes. Elle est également très appréciée des clients industriels qui doivent opérer dans des environnements difficiles, notamment à hautes températures et en présence de corrosion chimique. Alors que les cartes de commande industrielles peuvent s'avérer coûteuses à remplacer ou à réparer, l'alimentation par plasma offre une solution fiable et économique, ce qui en fait un choix idéal pour des applications telles que les variateurs de vitesse et les automates programmables.

Oxyde de polyphénylène

Pour les utilisateurs à la recherche d’un matériau multifonctionnel, l’oxyde de polyphénylène (PPO) constitue une excellente option, avec un mélange équilibré de capacités et de prix abordable. Bien qu'il ne soit pas aussi résistant à la chaleur que le sulfure de polyphénylène, il peut néanmoins fonctionner dans des environnements allant jusqu'à 140°C, ce qui est suffisant pour la plupart des applications. De plus, le PPO offre une protection mécanique et une stabilité dimensionnelle adéquates, et présente une bonne résistance aux environnements extérieurs et acides/alcalins. Ses quelques défauts sont éclipsés par ses nombreux avantages, le seul inconvénient notable étant ses difficultés occasionnelles d’approvisionnement.

Grâce à sa large gamme de résistances, le PPO trouve de nombreuses applications. On le retrouve notamment dans les appareils électroménagers tels que les téléviseurs et les climatiseurs , ainsi que dans des infrastructures publiques comme les panneaux solaires , les éoliennes et les systèmes de stockage d'énergie. Le PPO est également parfaitement adapté aux circuits imprimés médicaux , notamment pour les capteurs implantables et les systèmes d'administration de médicaments, et peut être utilisé dans des secteurs comme l'aéronautique, la défense et la production industrielle. En résumé, sa polyvalence et son prix abordable font du PPO un excellent choix pour de nombreuses applications.

polyamide-imide

Le polyamide-imide (PAI) est un composé couramment utilisé dans le domaine industriel car il est plus tenace dans les environnements extrêmes et peut offrir une protection durable. Il est compatible avec une résistance aux températures élevées et une faible absorption d'eau, ce qui le rend idéal pour prévenir les problèmes liés à l'humidité dans les applications industrielles, où les températures élevées peuvent provoquer une atomisation de vapeur d'eau dans l'environnement, entraînant un court-circuit sur les circuits imprimés.

Cependant, comme d'autres composés résistants aux températures élevées, un équipement spécial est requis pour le traitement et une déformation peut se produire pendant le processus, ce qui peut entraîner une déformation du produit. Le polyamideimide ne convient pas aux applications nécessitant une couleur spécifique, car il a une couleur naturelle qui ne peut pas être facilement modifiée pendant le traitement. De plus, il devient fragile dans les environnements à basse température et une force externe excessive peut provoquer sa rupture.

Malgré ces limitations, le PAI présente une meilleure compatibilité avec les circuits imprimés en aluminium, ce qui en fait un composé d'enrobage adapté aux systèmes d'éclairage LED et à l'électronique solaire. Il est également utile pour l'enrobage d'équipements d'exploration pétrolière et gazière, tels que les capteurs et les contrôleurs de forage.

Acryliques

L'acrylique est un composé d'encapsulation facile à traiter et durcissant rapidement, ce qui en fait un choix attrayant pour les clients recherchant des capacités d'assemblage de PCB rapides auprès d'une entreprise de fabrication. C'est également un matériau approprié pour l'enrobage des PCB, car il contribue à réduire le temps de production. Bien que l'acrylique ait une excellente adhérence et une excellente résistance chimique, il a une mauvaise résistance à la chaleur et peut devenir cassant avec le temps, ce qui entraîne une courte durée de vie. Cependant, il peut être formulé pour être optiquement transparent, ce qui le rend idéal pour les applications électroniques nécessitant une transmission de la lumière.

En termes d’avantages, l’acrylique n’en présente pas beaucoup par rapport aux autres matériaux. Son principal avantage est qu’il est peu coûteux, ce qui le rend plus adapté aux applications électroniques grand public avec des marges bénéficiaires plus faibles, car il n’augmente pas de manière significative les coûts de production.

Polyesters

Le polyester possède d'excellentes propriétés d'isolation électrique, ce qui le rend adapté à diverses applications électriques, notamment l'électronique automobile, les blocs d'alimentation et les systèmes CVC. Bien qu’il s’agisse d’un composé d’enrobage moins coûteux, sa durée de vie est plus courte, ce qui en fait un choix économique. Dans les dispositifs médicaux, il est couramment utilisé dans les équipements de surveillance et les outils de diagnostic.

Quels sont les avantages de l’encapsulation des PCB ?

En tant qu'ingénieur, je peux attester des nombreux avantages qu'apporte l'encapsulation des PCB. Ce processus est essentiel pour améliorer la fiabilité et la longévité des composants électroniques. Voici pourquoi:

• Protection robuste contre l'eau et les chocs : l'encapsulation est essentielle pour protéger les circuits imprimés contre les dégâts d'eau et les chocs physiques, qui sont des menaces courantes dans divers environnements.

• Résistance chimique et à la corrosion : Cette méthode offre une protection exceptionnelle contre l'exposition aux produits chimiques et la corrosion, ce qui la rend idéale pour les circuits imprimés fonctionnant dans des conditions difficiles.

• Isolation et fonctionnalité améliorées : En améliorant l'isolation entre les composants électriques, l'encapsulation contribue à réduire les pertes de courant, garantissant ainsi que l'appareil conserve une fonctionnalité optimale dans le temps.

• Protection contre les vibrations mécaniques : L'encapsulation empêche efficacement les dommages causés par les vibrations mécaniques, préservant ainsi l'intégrité des composants sur le circuit imprimé.

• Réduction des interférences RFI/EMI : Ce procédé est très efficace pour atténuer les interférences radioélectriques (RFI) et les interférences électromagnétiques (EMI), qui peuvent perturber les performances des appareils.

• Réduction des contraintes sur les joints de soudure : L’encapsulation offre une base solide pour le câblage, réduisant considérablement les contraintes sur les joints de soudure et prévenant les défaillances ou ruptures potentielles.

• Barrière contre les contaminants : Elle forme un joint étanche qui empêche la poussière, la saleté et autres contaminants de pénétrer, protégeant ainsi le circuit imprimé contre d'éventuels dommages.

• Protection contre les excroissances d'étain : L'encapsulation sert de barrière environnementale, empêchant la formation d'excroissances d'étain nocives pouvant provoquer des courts-circuits et autres défaillances.

• Difficulté de rétro-ingénierie : Du point de vue de la sécurité, les circuits imprimés encapsulés sont beaucoup plus difficiles à rétro-ingénierer que ceux dotés uniquement de revêtements conformes, protégeant ainsi vos conceptions contre la copie.

• Protection contre la dilatation thermique : Cette méthode protège également les composants contre les problèmes liés à la dilatation thermique, garantissant ainsi que le circuit imprimé conserve sa pureté ionique et ses propriétés de résistance à l’humidité.

• Économique et efficace : l’encapsulation est généralement plus rapide et plus économique que les autres méthodes de protection, car elle nécessite moins d’étapes d’application et élimine le besoin de réassemblage. De plus, des options sans COV sont disponibles pour les personnes soucieuses de l’impact environnemental.

• Facilité d'application : Le processus est simple et efficace, même pour les applications à grand volume, ce qui en fait un choix pratique pour les fabricants cherchant à rationaliser leurs opérations.

Globalement, l'encapsulation des circuits imprimés est un processus indispensable qui offre une protection complète, améliore les performances et garantit la fiabilité à long terme des appareils électroniques.

Conclusion

Pour garantir la qualité de votre projet, il est essentiel de choisir le matériau approprié en fonction des différentes applications et besoins. En matière de protection des circuits imprimés, le vernis de protection est une alternative intéressante à l'enrobage. Bien que les deux options offrent une protection, elles présentent des différences importantes. La lecture de l'article « Vernis de protection vs Enrobage » vous aidera à déterminer la solution la plus adaptée à vos besoins.

Contactez-nous pour obtenir un devis d'assemblage de PCB maintenant