Les composés d'encapsulation électroniques sont des matériaux isolants et protecteurs utilisés pour encapsuler les composants électroniques, les cartes de circuits imprimés, les connecteurs et les sous-ensembles dans les systèmes sans pilote. L'époxy, le polyuréthane, le silicone et les matériaux d'encapsulation spécialisés permettent de protéger les composants électroniques contre l'humidité, les contaminants, les vibrations, les fuites électriques et les cycles thermiques.
Cette page présente des fabricants de composés d'encapsulation ainsi que des solutions destinées aux contrôleurs de vol, aux ordinateurs de mission, aux variateurs de vitesse, aux charges utiles et aux terminaisons de câbles.
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Les composés d’enrobage électroniques sont des matériaux isolants utilisés pour recouvrir les composants électroniques, les cartes de circuits imprimés, les connecteurs et les assemblages d’une résine ou d’un élastomère protecteur. Une fois durci, un composé d’enrobage permet d’isoler le matériel sensible de l’humidité, des contaminants, des vibrations, des fuites électriques et d’autres contraintes environnementales auxquelles sont exposées les plateformes sans pilote.
Le choix d’un composé d’enrobage adapté aux composants électroniques nécessite de trouver un équilibre entre la protection contre les agressions environnementales et les exigences électriques, mécaniques, thermiques et de fabrication. Les véhicules aériens sans pilote (UAV), les véhicules terrestres sans pilote (UGV), les véhicules maritimes autonomes et les systèmes robotiques peuvent imposer des contraintes supplémentaires aux matériaux d’enrobage électroniques, notamment un faible poids, des cycles thermiques, l’immersion, les chocs, les vibrations et une maintenance limitée.
Un composé d’encapsulation époxy offre généralement une forte adhérence, une isolation électrique, une résistance chimique et une structure durcie relativement rigide. L’encapsulation époxy convient à l’encapsulation des cartes de circuits imprimés (PCB), des modules de puissance, des capteurs et des assemblages nécessitant un renforcement mécanique. Les ingénieurs doivent tenir compte du retrait de durcissement, de l’exothermie, de la rigidité et des différences de dilatation thermique entre l’époxy électrique et les composants encapsulés, en particulier lors de cycles thermiques répétés.
Les matériaux en polyuréthane offrent généralement une plus grande souplesse que les formulations époxy rigides et peuvent s’adapter aux vibrations, aux chocs et aux mouvements entre des matériaux dissemblables. Cela rend l’encapsulation électronique au polyuréthane utile lorsque l’étanchéité environnementale est requise sans contrainte mécanique excessive. La résistance à l’eau, aux produits chimiques, à la température et à l’hydrolyse doit être évaluée en fonction de l’environnement prévu pour le système sans pilote, en particulier en cas d’utilisation prolongée dans des conditions humides ou en immersion.
Composé d’enrobage époxy souple MT382 pour l’électronique, de Permabond
Un composé d’enrobage à base de silicone peut assurer une isolation électrique tout en conservant une relative souplesse face aux variations de température. Les matériaux à base de silicone sont utiles lorsque des composants sensibles risquent d’être soumis à des contraintes par un produit d’encapsulation plus rigide. Leurs propriétés peuvent convenir à l’encapsulation aérospatiale, à l’électronique des capteurs, aux ensembles d’alimentation et aux cycles thermiques importants, bien que l’adhérence, la compatibilité chimique, la résistance mécanique et la perméabilité varient selon les formulations.
Les matériaux d’encapsulation électroniques spécialisés répondent à des exigences auxquelles les formulations standard à base d’époxy, de polyuréthane ou de silicone ne peuvent pas toujours satisfaire. Il peut s’agir notamment de composés d’encapsulation durcissant aux UV pour un traitement rapide, de composés à faible viscosité pour les espaces confinés et de composés optiquement transparents destinés à certains capteurs ou ensembles optiques. Les matériaux d’encapsulation pour les radiofréquences (RF) peuvent nécessiter des caractéristiques diélectriques contrôlées afin que l’encapsulation n’affecte pas négativement les performances à haute fréquence.
Les pilotes automatiques, les contrôleurs de vol, les unités de commande des véhicules et les ordinateurs de mission peuvent être exposés à des vibrations, à la condensation, à la poussière et à des variations de température répétées. L’encapsulation des composants électroniques peut constituer une barrière physique et électrique, mais le matériau doit également s’adapter aux processeurs générateurs de chaleur et aux composants nécessitant une inspection ou une réparation.
Les systèmes de gestion de batterie, les tableaux de distribution d’énergie, les convertisseurs et les composants électroniques à courant élevé peuvent bénéficier d’une protection contre l’humidité et la contamination électrique. Les composés d’enrobage pour batteries doivent tenir compte de l’isolation électrique, du comportement thermique, de la compatibilité des matériaux et de la chaleur générée en fonctionnement normal ou en cas de défaillance. Le cas échéant, le comportement au feu et la propagation de la chaleur doivent également être pris en considération.
Les contrôleurs de moteurs, les régulateurs de vitesse électroniques et les composants électroniques des systèmes d’entraînement électrique sont soumis à la fois à des vibrations et à des charges thermiques concentrées. Un composé d’enrobage thermoconducteur peut contribuer à transférer la chaleur vers un boîtier ou une structure de dissipation thermique tout en conservant l’isolation électrique. La conductivité thermique à elle seule est insuffisante, car la résistance d’interface, l’épaisseur de l’enrobage, la conception du boîtier et le chemin thermique complet influent sur l’évacuation de la chaleur.
Les récepteurs du Système mondial de navigation par satellite (GNSS), les composants électroniques de navigation inertielle, les radios et les modules de liaison de données nécessitent une protection sans compromettre l’intégrité du signal. À proximité des circuits RF ou des antennes, les propriétés diélectriques, l’épaisseur et la géométrie d’un matériau d’encapsulation électronique sont importantes, car celui-ci peut modifier le comportement électrique.
Les caméras, les capteurs environnementaux, les composants électroniques de détection et de télémétrie par la lumière (LiDAR), les systèmes acoustiques et autres charges utiles peuvent contenir des éléments robustes et hautement sensibles. L’encapsulation sélective permet de protéger les cartes de circuits imprimés ou les interfaces de câbles tout en laissant les lentilles, les ouvertures, les transducteurs, les éléments d’étalonnage et les composants réparables libres de toute obstruction.
L’encapsulation des connecteurs permet de renforcer les terminaisons de câbles et contribue à empêcher la pénétration d’humidité et de contaminants. Un composé d’encapsulation destiné aux connecteurs électriques doit adhérer correctement au connecteur, à la coque arrière, à la gaine du câble et au câblage, tout en résistant aux contraintes exercées au niveau de la jonction entre le câble souple et le matériel rigide.
Les véhicules sous-marins autonomes (AUV), les véhicules télécommandés (ROV), les véhicules de surface sans pilote (USV) et d’autres systèmes maritimes peuvent nécessiter que les composants électroniques résistent à une humidité persistante, à l’eau de mer et à la pression externe. Un composé d’enrobage sous-marin peut protéger les composants électroniques des capteurs, les terminaisons de câbles et les assemblages internes ; toutefois, l’absorption d’eau, la déformation liée à la pression, l’adhérence, la présence de vides et la stabilité à long terme doivent être évaluées en fonction de la profondeur prévue et de la durée de déploiement.
Un revêtement conforme forme une fine couche protectrice sur un circuit imprimé, tandis que l’enrobage entoure les composants avec une quantité de matériau nettement plus importante. Les composés d’enrobage peuvent offrir un meilleur renforcement mécanique et une meilleure isolation environnementale, mais ils ajoutent de la masse et peuvent compliquer l’inspection, la gestion thermique, le diagnostic des pannes et les réparations.
L’enrobage et l’encapsulation sont des procédés étroitement liés, dont la terminologie varie selon les applications. L’enrobage consiste généralement à remplir un boîtier ou une cavité définie avec de la résine, tandis que le surmoulage consiste à former un matériau autour d’un composant à l’aide d’un moule et d’un procédé contrôlé. Le choix de la méthode appropriée dépend du volume de production, de la géométrie, de l’outillage, du comportement du matériau et du niveau de protection requis.
L’encapsulation complète optimise la couverture, mais peut augmenter la masse, la quantité de matériau utilisée et la difficulté de réparation. L’enrobage partiel n’applique une protection qu’aux endroits nécessaires, par exemple autour des composants haute tension, des entrées de câbles, des zones sensibles des circuits imprimés ou des pièces sujettes aux vibrations. Cela peut s’avérer utile pour les aéronefs sans pilote soumis à des contraintes de taille, de poids et de puissance (SWaP).
L’enrobage ne doit pas nécessairement se substituer à l’étanchéité du boîtier. Les concepteurs peuvent associer un circuit imprimé ou un connecteur enrobé à des joints d’étanchéité, des boîtiers étanches, des barrières de pression et des revêtements conformes. Chaque couche doit avoir une fonction bien définie afin d’éviter tout excès de matière et toute complexité superflue.
Les programmes militaires et aérospatiaux peuvent spécifier des matériaux particuliers ou des exigences de qualification ; par conséquent, les documents d’appel d’offres et les exigences techniques spécifiques à la plateforme doivent toujours prévaloir.
Ces normes fournissent un cadre utile pour l’approvisionnement et la sélection des matériaux, mais la conformité doit toujours être évaluée au regard de la révision applicable de la spécification, des exigences contractuelles, de la plateforme et de l’environnement d’exploitation prévu.
Le choix d’un matériau d’enrobage pour les composants électroniques nécessite de considérer le composé durci comme faisant partie intégrante de l’ensemble électronique et mécanique.
Le meilleur composé d’enrobage est donc spécifique à l’application plutôt que simplement le matériau présentant la valeur la plus élevée pour une seule propriété mécanique, électrique ou thermique.
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