Comment utiliser les résines dans l’encapsulation électrique?

Pourquoi, où et comment utiliser des résines pour réaliser une encapsulation électrique ou potting pour l’électronique?

1) Protection contre l’eau et l’humidité:

L’eau et l’humidité sont les principales ennemies des équipements électriques et électroniques car, en plus de provoquer des courts-circuits, elle peuvent également conduire à une détérioration prématurée des composants due à la corrosion.

Il y a plusieurs chimies permettant d’assurer une bonne protection :

Les Résines Polyuréthanes:

Fournies sous forme de produits bi-composants, le mélange, amorce la réaction de polymérisation pour obtenir le durcissement souhaité et offrent une résistance à l’humidité, ainsi qu’une excellente isolation électrique, une flexibilité et une bonne adhérence à la plupart des substrats.
En outre, certaines résines polyuréthane offrent une résistance exceptionnelle aux environnements salins (eau de mer) (Electrolube^® UR5044) et des températures extrêmes (Arathane^® CW5631/Arathane^® HY5610, classe F (155°C), les rendant idéales pour des applications marines, telles que l’encapsulation des capteurs / capteurs dans des cuves ou plates-formes pétrolières, etc.

Certaines résines polyuréthanes ont été développées pour l’encapsulation de luminaires LED (rails leds par exemple) exposés à l’air libre et qui nécessitent une protection maximale contre les infiltrations d’eau. Ces résines sont optiquement transparentes (ou translucides pour un effet diffusant de la lumière) et stables à l’exposition aux UV (via une formulation contenant des agents anti-UV), type guide de sélection Lighting.

Les Résines Epoxies :

Fournies sous le même principe que les résines Polyuréthane (bi-composants), certaines résines époxy offrent également une résistance améliorée à l’humidité, ainsi qu’une polymérisation rapide, une dureté et une grande stabilité, notamment dans des environnements de température variable et généralement élevées. Ces résines adhèrent également bien à la plupart des substrats, même réputés difficiles à coller lié à une très faible tension de surface, ce qui permet d’assurer une encapsulation électrique étanche.

En standard, nous retrouvons la référence Araldite^® CW2250-1/Aradur^® HY2251 ou l’ Electrolube^® ER2188.
A noter : La référence Araldite^® CW1446/Aradur^® HY2919-1 apporte également une forte résistance en température car dispose d’un index de température de 204°C.

Les Elastomères Silicones :

Fournies également sous forme de produit bi-composants, la chimie silicone est une chimie hydrophobe qui assure donc une protection supérieure contre la présence d’eau, d’humidité et pour l’immersion.

Cette chimie ne développe par contre pas d’adhérence lorsqu’elle polymérise à température ambiante (Sylgard™170) et l’utilisation d’un promoteur d’adhérence (Dowsil™ 1200OS) sera donc nécessaire pour assurer une protection optimale.

Certains produits silicone polymérisant en température (à partir de 100°C) développent de l’adhérence et portent la mention « primerless » : le primer est intégré à la formulation de la résine (Sylgard™ 567, Sylgard™ Q3-3600).

2) Protection chimique

Il peut également s’avérer nécessaire de protéger les composants électriques ou électroniques susceptibles d’entrer en contact avec des produits chimiques, notamment des acides, des alcalis, des solvants et toute une série d’autres substances qui constituent une menace pour les circuits et les composants fragiles.

La résistance chimique est normalement une zone pour les résines époxy, bien que certains polyuréthanes rigides, ainsi que certaines silicones spécialement formulées, offrent un degré de protection adéquat.

Les résines époxy sont préparées pour protéger les unités électroniques / électriques qui sont soumises à une immersion fréquente ou permanente dans des solvants tels que le carburant diesel, l’essence plombée et sans plomb, etc.

Quelques références peuvent être étudiées telles que les Electrolube^®ER2162, Araldite^® DBF / Aradur^® HY2966,Araldite^® CW2243-2L/Aradur^® HY2966.

3) Vibrations, Chocs mécaniques et Chocs thermiques :

L’utilisation des résines est importante pour protéger les composants des vibration, des chocs mécaniques et des chocs thermiques.

Pour protéger contre les vibrations, deux approches sont envisageables et le choix se fera en fonction de la fréquence des vibrations : soit utiliser une résine dure et rigide, soit utiliser une résine souple.

Contre les chocs mécaniques un produit plus flexible est susceptible de fournir la meilleure protection, car il fournit un coussin qui aidera à éviter la transmission ou la sur-pression des chocs sur les composants et les dispositifs qui sont à l’intérieur de l’encapsulant.
En plus de ses propriétés de résistances à l’humidité, les résines polyuréthanes offrent également un certain niveau de flexibilité, c’est pourquoi elles sont souvent le premier choix pour la protection contre les chocs et les vibrations.

Les résines de silicone sont les produits offrantles meilleures performances en termes de flexibilité et, en outre, offrent la plage de température de fonctionnement la plus élevée (-45 à +180/200°C).

Plusieurs grades de dureté existe en silicone, les elastomers en Shore A tels que les Sylgard™160, les gels d’encapsulation en Shore OO tel que le Dowsil™ 3-4207, ou les softs gels tel que le Dowsil™ 3-4150 ou le Sylgard™527.

Les chocs thermiques, peuvent aussi avoir un effet dévastateur sur les composants électroniques en raccourcissant leur durée de vie dans le meilleur des cas, et en les détruisant complètement dans le pire des cas.
Réaliser une encapsulation ou un potting permettra de protéger l’ensemble de l’électronique en lissant la variation rapide de température (VRT) grâce à son effet de masse.

Les effets indésirables du stress thermique peuvent être réduits en ayant une attention particulière sur la dureté des résines et sur leurs coefficients d’expansion thermique (CTE). Les résines époxy bi-composant ayant un comportement thermique similaire aux composants et des substrats FR4, sont plus adaptées pour des applications qui sont soumis à des cycles à hautes températures et/ ou sont soumis à des chocs thermique. Le choix d’un élastomer silicone peut aussi être une solution car de plus faible dureté.

4) L’inviolabilité :

Enfin, il convient de mentionner que, en plus de fournir toutes les protections déjà mentionnées, l’encapsulation électrique ou l’enrobage avec de la résine sert également à cacher ce qui est en dessous ! Cela permet de fournir une protection efficace contre l’espionnage industriel : une résine dure et rigide comme l’époxy est le meilleurs choix.

5) Conductivité thermique (Thermal management) :

Dû à la réduction de la taille des applications Electronique et à l’augmentation de puissance, une gestion thermique adéquate peut être nécessaire.
L’ensemble des chimies Epoxy, Polyuréthane et Silicone offrent des encapsulants disposant d’une conductivité thermique permettant de dégager les calories vers le boitier qui sert alors de dissipateur.

Cette conductivité thermique est exprimée en W/m.K. Quelques références dispose d’une très forte conductivité thermique, le Dowsil™ TC-6020 (2.72W/m.K), l’Aratherm^® CW2731 (3W/m.K), Electrolube^® UR5633 (1.24W/m.K)
Un guide de sélection a spécialement été développé par Samaro afin de vous accompagner dans la sélection du produit adéquat.

6) Normes et certifications :

Normes UL 94 V-0 / V-1 / HB : Classification d’inflammabilité verticale ou horizontale. La certification UL 94 V-0 est la plus exigeante.

Certification EN45545-2 : Nouvelle certification ferroviaire Européenne. Cette certification est une évolution de l’ancienne norme Feux-Fumées Française, la NFF 16 101. Plusieurs résines ont été testées suivant cette nouvelle certifications telles que :

En silicone, les Sylgard™170 et Dowsil™ EE-3200 : Certifiés HL3 suivant les niveaux de R22 à R26, soit le plus haut niveau de protection
En Epoxy, les résines suivantes ont été certifiées : Araldite^® CW2243-2L/Aradur^® HY842 (R22HL1 & R23HL2), Araldite^®CW1312/Aradur^® HY1300 (R22HL2 & R23HL2), Araldite^® CW2250-1/Aradur^® HY2251 (R22HL1 & R23HL2), Araldite^® XB2252/Aradur^®XB2253 (R22HL1 & R23HL2), Araldite^® CW1302/Aradur^® H1300 (R22HL2 & R23HL3)
En Polyuréthane, le système Arathane^® CW5620/Arathane^® HY5610 est certifié R23HL1.