Jusqu’à présent, les produits électroniques utilisés dans les secteurs de l’automobile, du militaire, de l’aérospatial et de la navigation, ou devant fonctionner dans des environnements à haute température et forte humidité, peuvent subir des défaillances de PCB (Printed Circuit Board, ou carte de circuit imprimé) en raison du milieu chimique, des vibrations, des températures élevées et de l’humidité, de l’alternance de froid et de chaleur ainsi que du brouillard salin, tout comme les appareils électroménagers tels que les climatiseurs et les machines à laver, etc. De plus, la carte PCB et ses composants peuvent présenter des défauts tels que l’érosion, le ramollissement, la déformation et la moisissure. Par conséquent, un revêtement de protection (conformal coating) doit être pulvérisé sur la surface de la carte de circuit afin que les produits électroniques soient plus aptes à résister à l’agression de l’environnement et à prolonger leur durée de vie. La grande diversité des produits électroniques entraîne une multiplication des catégories de revêtements pour PCB de plus en plus demandés par les industries. Il est donc devenu une préoccupation majeure pour les ingénieurs de choisir un type de revêtement de protection offrant des fonctions de protection stables. Cet article se concentre sur les classifications et les propriétés des revêtements pour PCB et fournit des lignes directrices pratiques permettant de sélectionner le revêtement de protection optimal.
Classifications et propriétés des revêtements PCB
• Définition et fonctions
L’objectif essentiel de l’application d’un revêtement PCB est d’empêcher l’érosion des cartes de circuits imprimés ou des composants PCB. En tant que type de revêtement spécial pulvérisé sur la surface de la carte de circuit, le revêtement PCB a principalement pour rôle d’empêcher la formation de moisissures, l’humidité et le brouillard salin, tout en offrant d’autres fonctions telles que la résistance aux vibrations, l’isolation et la réduction de la taille de conception de la carte de circuit.
Appliqué sur la surface du circuit imprimé et des composants PCB avec d’autres dispositifs, le revêtement PCB isole les circuits des environnements défavorables afin que les PCB assemblés ne subissent pas l’influence de ces mauvais environnements, protégeant ainsi les circuits de l’érosion environnementale qui pourrait entraîner une défaillance du circuit ou une fuite électrique, et prolongeant la durée de vie des produits électroniques. En pratique, les cartes PCB subissent toujours une érosion causée par de mauvaises conditions environnementales et de fonctionnement, telles que des environnements chimiques, des vibrations, une forte poussière, le brouillard salin, l’humidité et les hautes températures, etc., qui conduisent les circuits à de nombreux défauts tels que rupture de circuit, défaillance par érosion, défaillance par électromigration, défaillance d’isolation et défaillance de composants, pour n’en citer que quelques‑uns. Le spray de revêtement PCB est capable d’isoler efficacement les cartes PCB et les composants PCB de leur environnement de fonctionnement, avec un niveau de sécurité amélioré et une durée de vie garantie. En outre, le revêtement PCB est lui‑même isolant, ce qui peut empêcher la survenue de fuites électriques. En conséquence, le revêtement PCB permet aux produits électroniques de présenter une puissance plus élevée et un espacement des pistes plus réduit, répondant ainsi aux exigences croissantes de miniaturisation des composants.
• Classification et propriétés
En fonction des différents éléments chimiques contribuant au matériau de revêtement PCB, il se décline principalement en cinq catégories : résine acrylique, résine époxy, silicone organique, polyuréthane (PU) et revêtement par parylène. En fonction des différents types de solvants ou des méthodes de durcissement, il se décline principalement en trois catégories : revêtement à base de solvant, revêtement aqueux et revêtement à durcissement par lumière UV.
a. Revêtement de PCB composé de résine acrylique à base de solvant
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Avantages
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Inconvénients
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1). Sa technologie de durcissement est relativement simple. De plus, elle ne réagit pas avec l’air et son processus de durcissement dépend de la volatilisation du solvant ;
2). Excellente résistance à l’humidité et réglage flexible de la viscosité ;
3). Retouche facile;
4). Coût relativement faible. |
Cependant, le revêtement de protection est trop mince après durcissement et sa méthode de durcissement implique une teneur élevée en solvants volatils, de sorte que son environnement d’utilisation doit être équipé d’un système de ventilation performant. De plus, ses performances en matière de maintien de la viscosité ne sont pas satisfaisantes et le retour de viscosité se produit à des températures et une humidité élevées. |
En conclusion, ce type de revêtement de PCB est applicable aux produits électroniques ordinaires.
b. Revêtement de PCB composé de résine époxy
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Avantages
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Inconvénients
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1). Résistance à l’humidité, au brouillard salin et aux produits chimiques ;
2). Résiste à une température élevée pouvant atteindre 150 °C ;
3). Résistance à l’abrasion;
4). Présentant une propriété diélectrique. |
Les circuits imprimés avec un revêtement PCB composé de résine époxy pulvérisée ne peuvent pas être retouchés, à moins que le film d’époxy ne soit retiré par des méthodes physiques, ce qui peut éventuellement endommager les composants du circuit imprimé. De plus, les contraintes internes potentiellement élevées peuvent également endommager les dispositifs fragiles et des mesures de protection doivent être prises avant l’application du revêtement PCB. Ce type de revêtement PCB se caractérise par une teneur relativement élevée en pelage et un rapport bicomposant complexe avec un faible maintien de la viscosité. Il présente également de mauvaises performances à basse température et un fort retrait au durcissement. |
En conclusion, le revêtement de PCB composé de résine époxy est rarement appliqué.
c. Revêtement de PCB composé de silicone organique
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Avantages
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Inconvénients
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1). Grande flexibilité ;
2). Large plage de température de fonctionnement pouvant atteindre 200 °C et offrant une excellente résistance à l’humidité et aux ultraviolets ;
3). Accessible pour la réparation ;
4). Présentant une isolation évidente, une énergie de surface relativement faible et une bonne mouillabilité avec le matériau du substrat. |
Il se caractérise par une faible intensité mécanique et une faible adhérence au matériau du substrat. Pire encore, il ne peut pas résister au grattage. |
En conclusion, ce type de revêtement de PCB fonctionne de manière optimale pour les composants à forte chaleur, tels que les PCB haute fréquence contenant de nombreuses résistances de forte puissance utilisées dans l’aérospatiale, la navigation maritime, le domaine militaire et les systèmes de contrôle radar.
d. Revêtement de PCB composé de polyuréthane
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Avantages
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Inconvénients
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1). Excellente résistance aux acides et aux alcalis ;
2). Haute résistance à l'humidité. |
Il subit un processus de durcissement complet pendant une longue période et a tendance à jaunir à haute température en raison de sa teneur élevée en COV. De plus, il a tendance à provoquer la corrosion des vis galvanisées. |
En conclusion, ce type de revêtement de PCB présente un large éventail d’applications, notamment dans l’automobile, le contrôle industriel, les instruments électroniques, l’énergie et les télécommunications.
e. Revêtement en parylène
Le revêtement en parylène décompose le polymère sous vide et constitue un revêtement de dépôt uniforme sur la surface du produit. Il peut être appliqué comme revêtement protecteur spécial dans l’industrie électronique.
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Avantages
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Inconvénients
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1). Épaisseur uniforme;
2). Excellente résistance aux acides et à l’érosion ; |
Le coût élevé est le principal inconvénient du revêtement en parylène. |
En conclusion, le revêtement en parylène est largement appliqué dans l’aérospatiale, le caoutchouc de silicone, les matériaux magnétiques, la microélectronique, les capteurs, etc. À ce jour, le revêtement en parylène est le revêtement protecteur le plus efficace pour les composants haute fréquence, les dispositifs à haute densité et les dispositifs à haute isolation.
f. Revêtement à durcissement UV
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Avantages
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Inconvénients
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1). Respectueux de l’environnement;
2). Haute sécurité;
3). Haute stabilité;
4). Excellente résistance à l'humidité et à l'érosion ;
5). Efficacité de durcissement élevée ;
6). Accessible pour la retouche. |
Une zone aveugle a tendance à se former si une imagerie UV insuffisante est appliquée. |
Sélection du revêtement de PCB
• Principes de sélection
En raison des différentes propriétés physico-chimiques et des propriétés de traitement, le revêtement de PCB optimal doit être choisi en fonction d’une analyse globale incluant l’environnement de fonctionnement spécifique, les exigences de performance électrique et la conception du PCB.
Le revêtement optimal de circuit imprimé doit répondre aux exigences suivantes :
a. Il est préférable qu’il s’agisse d’un composant unique et qu’il soit facile à utiliser ;
b. Il doit présenter une faible viscosité et être facile à pulvériser ;
c. Il devrait présenter une longue durée de conservation ;
d. Il doit durcir à grande vitesse sans produire de sous-produits ;
e. Il doit offrir une excellente flexibilité ;
f. Il devrait présenter une large plage de températures de fonctionnement ;
g. Il doit être capable de protéger les cartes PCB des températures extrêmement élevées/basses et des impacts mécaniques ;
h. Il doit présenter une faible toxicité et un faible coût ;
i. Il doit être retravaillable.
• Méthode de vérification
Le revêtement de PCB doit être sélectionné en fonction des exigences de certification telles que RoHS, UL, etc., et un revêtement de PCB présentant une faible viscosité, des caractéristiques respectueuses de l’environnement et des propriétés non toxiques doit être choisi. Une fois qu’un type de revêtement de PCB est déterminé, sa validité doit être vérifiée conformément àTechniques des fabricants de PCB.
• Vérification technique
L’objectif de la vérification technique est de déterminer si ce type de revêtement de PCB est applicable à la technologie et aux produits actuels.
Tout d’abord, une pulvérisation manuelle ou automatique peut être utilisée pour appliquer le revêtement PCB sur les produits. Une fois qu’il est durci, le revêtement doit être examiné afin de vérifier s’il est plat, uniforme, transparent ou semi-transparent et sans viscosité. De plus, il convient d’observer s’il présente des bulles, des trous d’épingle, des fissures, etc.
Deuxièmement, la possibilité de retouche du revêtement de PCB doit être prise en compte et le revêtement de PCB durci doit pouvoir être facilement retiré. Pour vérifier cette propriété, on peut recourir à une méthode physique, telle que le fer à souder, une méthode mécanique ou une méthode chimique. En général, un dispersant est fourni par les fabricants de revêtements et cette méthode chimique est utilisée pour vérifier la capacité de décollement du revêtement de PCB sans endommager les dispositifs.
Troisièmement, les performances de protection doivent être vérifiées. L’objectif essentiel du revêtement de PCB est d’assurer la protection des produits électroniques, il est donc nécessaire de vérifier ses propriétés protectrices. Des essais de résistance diélectrique, de résistance d’isolement en environnement humide, de choc thermique et de stabilité hydrolytique doivent être effectués pour valider les propriétés du revêtement de PCB.
Pulvérisé sur la surface des cartes PCB et de leurs composants, le revêtement PCB est capable d’isoler efficacement les cartes de circuits imprimés et de protéger les circuits contre l’érosion et les dommages causés par un environnement défavorable, de sorte que la durée de vie des produits électroniques puisse être prolongée et que la sécurité et la fiabilité puissent être garanties. Lors de la phase de sélection du revêtement PCB, en plus de la vérification des propriétés du revêtement, il doit être testé afin de s’assurer qu’il est applicable aux produits, aux procédés et aux équipements des clients.
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