Revêtement conforme de carte de circuit imprimé: tout ce que vous devez savoir

Le revêtement conforme est un matériau léger appliqué sur les circuits imprimés. Il agit comme une couche protectrice qui protège les circuits imprimés et leurs composants contre divers facteurs environnementaux tels que la chaleur, l'humidité, les UV, les contaminants chimiques et les matériaux abrasifs. Le revêtement conforme possède également des propriétés d'isolation thermique et électrique qui permettent de gérer les caractéristiques de fonctionnement de votre circuit.

Son principal avantage est qu'il prolonge la durée de vie de votre circuit imprimé et réduit les taux de défaillance des composants dus aux facteurs environnementaux. Par conséquent, cette protection améliore la fiabilité de votre appareil, ce qui réduit les coûts associés au remplacement du matériel qui a subi une défaillance prématurée.

Il existe plusieurs types de revêtements conformes. Chacun d'entre eux présente des caractéristiques, des avantages et des inconvénients. Cet article a pour objectif d'expliquer précisément en quoi le revêtement conforme peut vous être utile et quelle option est la plus adaptée à vos besoins.

Types de revêtements de carte conformes

Chaque revêtement possède des propriétés uniques adaptées à des applications spécifiques. Nous avons examiné les cinq principaux revêtements conformes disponibles sur le marché : l'acrylique, le silicone, le polyuréthane, l'époxy et le parylène.

Revêtements à base d’acrylique

Les principales caractéristiques des revêtements à base d'acrylique sont leur faible coût et leur facilité d'application. Ils sont donc parfaitement adaptés aux amateurs. Vous pouvez les appliquer en utilisant diverses techniques telles que le trempage, la pulvérisation ou le brossage. Si vous devez modifier ou réparer votre PCB, vous pouvez facilement l'enlever à l’aide d’un solvant non agressif comme l’isopropanol.

Les résines acryliques protègent contre l'humidité à long terme et résistent bien à l'exposition aux UV, ce qui les rend idéales pour les circuits imprimés exposés à la lumière directe du soleil.

L'inconvénient de cette solution abordable et pratique est qu'elle offre peu ou pas de résistance aux solvants et ne supporte pas les températures supérieures à 125°C. Ces contraintes peuvent limiter les applications de ce type de revêtement.

Revêtements à base de silicone

Les principales caractéristiques des revêtements conformes à base de silicone sont leur élasticité après le durcissement, qui offre une bonne protection contre les effets des vibrations et des contraintes mécaniques élevés sur les circuits imprimés. De plus, le silicone offre une excellente résistance à l'humidité et à la corrosion, ainsi qu'une bonne résistance à la contamination chimique. Ce matériau possède également de bonnes propriétés d'adhérence avec les matériaux pour PCB, ce qui facilite son application.

Le principal avantage de ce matériau est la protection qu'il offre dans une large gamme de températures. Par exemple, les circuits imprimés peuvent comporter des composants générant des charges thermiques élevées ou ils peuvent se retrouver dans un environnement à température extrême. Or, ce revêtement peut facilement supporter des températures maximales d'environ 200 °C.

L’inconvénient de cette solution flexible est que le revêtement présente une résistance thermique nettement supérieure à celle des autres types de revêtement, ce qui peut entraver la dissipation de chaleur en agissant comme une barrière thermique entre la carte et ses composants.

Revêtements à base de polyuréthane

Les principales caractéristiques des revêtements en polyuréthane ou uréthane sont leur solidité, leur adhérence et leur forte résistance aux solvants et à toute autre contamination chimique. Par conséquent, ce matériau protège les circuits imprimés exposés à des environnements difficiles. La Food and Drug Administration (FDA) l'a également approuvé dans la fabrication de dispositifs médicaux.

L'inconvénient de ce revêtement robuste est que le processus de durcissement nécessite soit un chauffage contrôlé dans un four pendant une période prolongée, soit une exposition aux UV, en fonction de la formulation du matériau à base d'uréthane. Par conséquent, ce processus est plus adapté à la fabrication commerciale qu'au prototypage en faible volume ou aux amateurs.

Autre inconvénient : une fois appliqué, ce revêtement est difficile à retirer, ce qui empêche toute modification ou réparation ultérieure de la carte.

Revêtements à base d'époxy

Les revêtements conformes à base d'époxy produisent une finition solide et lisse qui résiste aux écailles et aux fissures. Ils offrent également une bonne protection contre l'abrasion et l'humidité. Leur principal avantage est leur protection contre la contamination chimique, y compris les solvants. Ils sont donc parfaitement adaptés à une utilisation dans des environnements industriels complexes.

L’inconvénient de ce type de revêtement est la complexité de la préparation et de l’application du matériau. L'époxy est un matériau en deux parties qui doit être mélangé immédiatement avant l'application en raison de son temps de durcissement très rapide, qui se compte généralement en minutes. Ce processus nécessite un équipement spécialisé pour effectuer le mélange, appliquer le matériau à l'aide de techniques de trempage, de pulvérisation ou de brossage, et éliminer tout résidu indésirable avant qu'il ne durcisse. 

Autre inconvénient : lorsque l'epoxy durcit, il forme un revêtement résistant qui n'offre pas de flexibilité si le circuit imprimé bouge ou fléchit en raison de la dilatation et de la contraction thermiques, ou des forces mécaniques qui proviennent de l'extérieur. Cette rigidité peut se traduire par un mouvement différentiel entre la carte et le revêtement, entraînant l'application de forces de cisaillement à tout composant ou câblage qui traverse le revêtement pour être fixé à la carte à l'aide d'un joint de soudure. De plus, cette caractéristique empêche également toute modification ou réparation ultérieure.

Revêtements à base de parylène

Les principales caractéristiques des revêtements conformes à base de parylène sont leur faible dilatation thermique et leur résistance diélectrique élevée pour les applications spécialisées. En outre, ils offrent une bonne résistance à la contamination chimique et à l'abrasion dans des plages de température raisonnables. La FDA l'a approuvé dans la fabrication de dispositifs médicaux.

Le principal inconvénient de ce revêtement est qu’il doit être appliqué en utilisant le procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Il est donc peu adapté à une utilisation non commerciale ou une faible production. Cependant, ce revêtement ne nécessite pas de durcissement, ce qui rend le processus rapide et adapté à une production en grande quantité.

Considérations relatives aux revêtements de carte conformes

Propriétés thermiques

Le premier élément à prendre en compte est la température de fonctionnement la plus défavorable de la carte. La température maximale peut limiter les choix de revêtements ou nécessiter de reconsidérer la stratégie de gestion thermique afin de réduire les températures dans la plage acceptable du matériau choisi.

Vous devez également tenir compte des propriétés thermiques du matériau et son impact sur la solution de gestion thermique de la carte en termes d'interférence avec les taux de dissipation de la chaleur et les voies de circulation de l'énergie thermique, ainsi que l'altération des propriétés de dilatation thermiques attendues. Par exemple, certains revêtements conformes sont très isolants et peuvent retenir la chaleur, tandis que d'autres sont plus thermoconducteurs et peuvent dissiper la chaleur plus efficacement. Les propriétés thermiques peuvent nécessiter des changements dans l'emplacement des composants ou l'intégration de solutions de gestion thermique supplémentaires.

Propriétés environnementales

Une autre contrainte est l'environnement de fonctionnement du circuit imprimé en ce qui concerne l'humidité, les particules abrasives et les produits chimiques tels que les solvants ou d'autres substances susceptibles d'affecter la carte et ses composants.

Il est nécessaire d'étudier les propriétés physiques du matériau de revêtement et son impact sur les performances de la carte lorsqu'elles sont soumises à des contraintes de fonctionnement et des vibrations. Un revêtement rigide qui ne bouge pas avec la carte provoquera des contraintes mécaniques lorsque tout objet est tenu par les deux, y compris les pattes des composants et les fils soudés à la carte. Il peut donc s'avérer nécessaire de modifier la conception de la carte ou de son boîtier.

Propriétés de l'application

Le revêtement conforme est généralement appliqué par trempage, pulvérisation, brossage ou dépôt en phase vapeur. La méthode la plus adaptée dépend de la taille de la carte, des composants, de leur placement, du volume de production et du budget. Pour les petites quantités de production, l'application au pinceau ou à l'aérosol est généralement la méthode la plus pratique.

Vous devez également tenir compte de la capacité du matériau à adhérer au substrat de la carte. Les circuits imprimés sont disponibles dans une gamme de matériaux de substrat qui affectent l'adhérence des matériaux de revêtement. En outre, la capacité du matériau sera également affectée par la propreté de la carte. Notez que l'utilisation de techniques de nettoyage telles que les solvants ou les bains à ultrasons avant l'application du revêtement peut réduire le risque de problèmes d'adhérence après l'application.

Une fois que vous avez choisi votre matériau, vous devez vous pencher sur son épaisseur. Pour ce faire, vous devez peser les avantages et les inconvénients d'un revêtement mince ou épais. Par exemple, un revêtement conforme plus fin réduit le risque de fissuration ou de création de points de contrainte mécaniques dus à des mouvements différentiels. Cependant, contrairement à un revêtement plus épais, il n'offrira peut-être pas une protection suffisante contre l'humidité ou la contamination chimique.

Le coefficient de dilatation thermique est un autre élément à prendre en compte. Ce paramètre diffère pour chaque type de revêtement et peut varier considérablement d'une marque à une autre. Cela peut être problématique si votre carte subit des cycles de température importants et que le revêtement n'est pas adapté. Cette situation peut entraîner une défaillance prématurée des composants en raison des contraintes mécaniques. Là encore, chaque revêtement aura une épaisseur recommandée, généralement comprise entre 25 et 250 micromètres.

Conception d'un revêtement de carte conforme

Inclure les spécifications relatives au revêtement conforme à la conception électrique de la carte de circuit imprimé permet de mieux gérer le processus de fabrication. Des outils tels qu'Altium Designer permettent à la spécification du revêtement conforme de faire partie intégrante de la conception. Cette fonction vous permet de partager des précisions avec votre fabricant dans le cadre de la revue de conception en utilisant la plateforme Altium 365 ou d'autres canaux d'exportation des données, en fonction des outils choisis.

Pour en savoir plus sur ce processus, regardez la vidéo qui accompagne cet article.

Conclusion sur les revêtements de carte conformes

L'application d'un revêtement conforme sur votre circuit imprimé est une étape essentielle pour protéger votre appareil de son environnement de fonctionnement, réduire les taux de défaillance et prolonger sa durée de vie. Le choix du matériau le plus approprié nécessite d'étudier les propriétés protectrices de chaque matériau en fonction de vos besoins et des aspects pratiques de l'application. Par exemple, certains matériaux conviennent uniquement à une production commerciale en masse, tandis que d'autres sont idéaux pour les amateurs qui disposent d'un budget serré et d'un espace limité.

Pour vous aider à prendre votre décision, Altium Designer vous permet de créer une couche de carte pour le revêtement conforme et d'indiquer quel matériau de revêtement doit être appliqué sur quelles zones de la carte. Ces informations peuvent être facilement partagées avec le fabricant au cours du processus de conception afin d'identifier les problèmes potentiels et résoudre les problèmes de compatibilité.