Que sont les composés d'encapsulation ?
Les composés d'encapsulation sont des matériaux liquides ou pâteux qui enveloppent entièrement les composants électroniques et les protègent durablement après durcissement. Contrairement aux revêtements conformes, qui ne forment qu'une fine couche protectrice de 25 à 75 micromètres, les composés d'encapsulation comblent tout l'espace vide autour des composants électroniques. Il en résulte une protection solide et durable contre l'humidité, les vibrations, les produits chimiques, les variations de température et les contraintes mécaniques.
Les composés d'encapsulation empêchent la corrosion et la migration électrochimique due à l'humidité, augmentent la résistance aux courants de fuite entre conducteurs adjacents, immobilisent les composants pour les protéger contre les vibrations et les chocs, dissipent de manière ciblée la chaleur perdue dans leurs variantes thermoconductrices et protègent contre les agressions chimiques telles que les huiles, les carburants et les produits de nettoyage. Dans les applications critiques pour la sécurité, ils servent en outre de protection contre la manipulation, car les modules encapsulés ne peuvent pas être ouverts sans être endommagés.
Enrobage complet ou enrobage sélectif ?
Avant de trancher la question du matériau, il faut prendre une décision fondamentale : l'ensemble sera-t-il entièrement enrobé (potting) ou seulement recouvert de manière ciblée (encapsulation) ?
Encapsulation (remplissage complet)
L'ensemble du système électronique est entièrement scellé dans un boîtier à l'aide d'une résine d'encapsulation. Indice de protection IP maximal (jusqu'à IP68/IP69K), dissipation thermique homogène, fixation totale, protection contre les manipulations.
Inconvénients : consommation de matériau plus importante, poids supplémentaire, impossibilité de réparer les pièces en époxy.
Encapsulation (sélective)
Seules les zones critiques sont revêtues, tandis que les connecteurs et les points de test restent accessibles. Cela permet d'économiser du matériau et du poids, et facilite le remplacement des composants.
Inconvénients : indice de protection IP limité à IP54–IP67, les zones non revêtues restent vulnérables.
Règle générale : norme IP68/IP69K requise → enrobage. Réparabilité nécessaire → encapsulation. Dissipation thermique supérieure à 5 W → enrobage avec une pâte thermoconductrice. Poids critique → encapsulation.
Comparaison des trois catégories de matériaux
Composés d'encapsulation à base de silicone
Les silicones constituent la catégorie de matériaux la plus polyvalente pour l'encapsulation électronique. Ils restent élastiques sur une plage de températures extrêmement large (de -60 °C à +200 °C, voire jusqu'à +300 °C pour certains types spéciaux). Leur faible contrainte mécanique préserve les composants sensibles et les soudures. Pour les applications LED, les silicones sont souvent le seul choix judicieux : les formulations optiques spéciales sont transparentes, ne jaunissent pas et présentent un indice de réfraction adapté.
Applications typiques : modules LED, calculateurs automobiles, électronique d'extérieur, onduleurs solaires, capteurs, électronique médicale, aéronautique et aérospatiale.
Composés d'encapsulation époxy
Les résines époxy offrent la plus grande résistance mécanique (Shore D 70–90), une excellente adhérence sur les métaux et la céramique, ainsi que la plus grande rigidité diélectrique (jusqu'à 25 kV/mm). Leur principal inconvénient : pratiquement irréparables après durcissement, fragilité aux changements de température, plage de température plus étroite (de −40 à +130 °C).
Applications typiques : alimentations haute tension, transformateurs, systèmes d'allumage électroniques, électronique sous-marine, protection contre les manipulations.
Composés de scellement en polyuréthane (PU)
Le PU se situe entre l'époxy et le silicone : un profil de propriétés équilibré au coût le plus bas. Dureté Shore réglable (de Shore A 60 à Shore D 50), bonne résistance à l'abrasion. Principal inconvénient : hygroscopique, sensible aux UV, plage de température très étroite (de -40 à +120 °C).
Applications typiques : commandes industrielles, alimentations à découpage (en intérieur), chargeurs pour véhicules électriques, modules BMS, automatisation des bâtiments.
Comparaison des matériaux : silicone, époxy et polyuréthane
Évaluation qualitative sur une échelle de 1 à 10. Plus le chiffre est élevé, meilleure est la note.
Tableau comparatif
| propriété | silicone | époxy | polyuréthane |
|---|---|---|---|
| plage de température | de -60 à +200 °C (jusqu'à +300) | de -40 à +130 °C (jusqu'à +150) | de -40 à +120 °C |
| dureté Shore | Shore A 15–60 | Shore D 70–90 | Shore A 60 – Shore D 50 |
| Rigidité diélectrique | 15–21 kV/mm | 20–25 kV/mm | 16–22 kV/mm |
| λ (par défaut) | 0,16–0,20 W/(m·K) | 0,2–0,3 W/(m·K) | 0,2–0,3 W/(m·K) |
| λ (rempli) | 0,30–0,42 W/(m·K) | jusqu'à 5 W/(m·K) | jusqu'à 1,5 W/(m·K) |
| résistance aux produits chimiques | très bien | récompensé | bien |
| résistance aux UV | récompensé | bien | modéré |
| réparabilité | bien | très difficile | possible |
| niveau des prix | haut | moyenne à élevée | faible à moyen |
Composés de scellement thermoconducteurs : tout dépend de la valeur λ
L'électronique moderne évolue vers des composants de plus en plus compacts, avec des densités de puissance croissantes. Les composés d'encapsulation standard ont plutôt un effet isolant sur le plan thermique (0,16–0,20 W/(m·K)) : ils protègent les composants électroniques, mais retiennent en même temps la chaleur à l'intérieur du composant.
Règle générale : une augmentation de la température de fonctionnement de 10 K peut, dans de nombreux cas, réduire de moitié la durée de vie des composants électroniques.
La valeur λ (conductivité thermique, W/(m·K)) indique la capacité d'un matériau à conduire la chaleur. Air au repos : 0,025 — silicones non chargés : 0,16–0,20 — silicones chargés : 0,30–0,42 — systèmes hybrides : jusqu'à 1,05 — aluminium : 237.
La conductivité thermique est améliorée par l'ajout de charges minérales ou céramiques : oxyde d'aluminium (Al₂O₃), nitrure de bore (BN) ou carbure de silicium (SiC). Plus la proportion de charges est élevée, meilleure est la conductivité thermique, mais plus la viscosité est élevée également.
Conductivité thermique de tous les produits d'encapsulation SILITECH
Valeurs λ issues de la fiche technique du fabricant. Plus la valeur est élevée, meilleure est la dissipation thermique.
À partir de quand un moulage thermoconducteur est-il rentable ? À partir d'environ 1 W de dissipation thermique par cm² de surface du composant. Pour les capteurs standard : 0,16–0,20 W/(m·K). Pour l'électronique de puissance : 0,30–0,50 W/(m·K). Pour une gestion thermique critique avec protection contre l'incendie : Permabond MT3836 avec 1,05 W/(m·K) et UL 94 V-0.
Gamme de produits d'encapsulation SILITECH
SILITECH AG propose des composés d'encapsulation de toutes les catégories de matériaux, disponibles en stock en Suisse — de la simple enveloppe de protection aux composés d'encapsulation haute performance thermoconducteurs.
Masses d'enrobage à base de silicone d'Elkem (Bluesil) et de Dow
Systèmes monocomposants (série CAF)
La gamme CAF d'Elkem comprend des élastomères de silicone monocomposants qui durcissent à température ambiante au contact de l'humidité de l'air. Prêts à l'emploi, aucun mélange n'est nécessaire.
| produit | Shore A | Plage de température | λ W/(m·K) | kV/mm | Réseautage et particularité |
|---|---|---|---|---|---|
| CAF 4 | 37 | −60 / +225 °C | 0,30 | 21 | Acétate, à effet dégradé, transparent |
| CAF 33 | 25 | −65 / +250 °C | 0,20 | 19 | Acétate, rigide, noir / blanc / translucide |
| CAF 530 | 34 | −60 / +150 °C | – | 24 | Alcoxy (neutre), sans apprêt, électronique et solaire |
| CAF 730 MF | 24 | −55 / +200 °C | – | 19 | Oxyme (sans MEKO), neutre, aviation et maintenance |
Les références CAF ne correspondent pas à la dureté Shore. CAF signifie «Compound à Froid» (mélange réticulant à froid). Pour faire le bon choix, il faut toujours se référer à la fiche technique.
Systèmes à deux composants (réticulation par addition)
Les silicones bicomposants à réticulation par addition durcissent par catalyse au platine sans produire de sous-produits. Durées de vie en pot et de durcissement réglables avec précision, pratiquement aucun retrait.
| produit | Shore A | MV | λ W/(m·K) | kV/mm | particularité |
|---|---|---|---|---|---|
| Bluesil RTV 141 | 50 | 100:10 | 0,16 | 20 | Transparent, optiquement clair, n = 1,406. LED et optoélectronique. |
| Bluesil RTV 147 | 60 | 100:10 | 0,31 | 18 | Conducteur thermique, haute résistance. Enrobage pour l'électrotechnique. |
| Bluesil RTV 148 (+ 147 B) | 40 | 100:10 | 0,31 | 18 | Viscosité plus faible, λ identique. Miscible avec le 147 A. |
| Bluesil ESA 7250 | 52 | 10:1 | 0,16 | 20 | Transparent, résistance de 6,2 MPa. UL 94 HB. Photovoltaïque. |
| Bluesil ESA 7252 UL94 V0 | 48 | 1:1 | 0,42 | 18 | λ maximal pour les silicones, ignifuges. Aérospatiale et embarqué. |
| DOWSIL EI-2888 UL746C f1 | ~10 | 1:1 | – | 19 | Sans apprêt, transparent. LED et écrans d'extérieur. |
Quel système de silicone pour quelle application ? Pour les enrobages transparents : RTV 141, ESA 7250 ou DOWSIL EI-2888. Lorsque la dissipation thermique est cruciale : RTV 147/148 (λ = 0,31) ou ESA 7252 (λ = 0,42). Pour des étanchéités simples sans technique de mélange : série CAF. Pour la protection contre les flammes UL 94 V0 : ESA 7252. Pour les LED d'extérieur sans apprêt : DOWSIL EI-2888.
Résines de moulage électriques à base de PU (SILIRESIN Biothan)
Biobasierte PU-Giessharze auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Kennzeichnungsfrei (weder Harz noch Härter), VOC 0,0 %, Schrumpf < 0,1 %.
| produit | dureté | λ W/(m·K) | kV/mm | particularité |
|---|---|---|---|---|
| Biothan 2 MD 207 E UL94 V0 | Shore D 80–83 | 0,455 | > 36 | Dur, résistant à des températures allant jusqu'à 200 °C, résistant aux rayons X. Transformateurs et haute tension. |
| Biothan 2 MD 2140 | Shore A 25–55 | 0,215 | > 22 | Élastique, résistant au froid jusqu'à -45 °C. Dureté variable (MV 2:1–4:1). |
| Biothan 2 MD 2170-200 | Shore 60 D – 80 A | 0,355 | > 30 | Rempli d'Al(OH)₃ + ZnO. Résistance thermique : 143 °C (200 h). |
À noter : avec une conductivité thermique de λ = 0,455 W/(m·K) et un indice de résistance au feu UL 94 V-0, le Biothan 2 MD 207 E affiche des performances supérieures à celles de nombreux composés d'encapsulation à base de silicone, et ce à un prix nettement inférieur.
Masses d'encapsulage époxy et hybrides (Permabond, Loctite)
Époxydes classiques
| produit | type | dureté | λ W/(m·K) | particularité |
|---|---|---|---|---|
| Loctite STYCAST 2057M | Époxy bicomposant, 100:4,5 | Shore D 90 | – | Usage général, faible viscosité, usinable. −40/+130 °C. |
| Permabond ET530 | Époxy bicomposant, rapport 2:1 | Shore D 77 | 0,40 | Transparent, résistant au jaunissement. Tg 50 °C. |
Époxydes à modification flexible (série MT) — pour l'enrobage de composants électroniques
La série MT de Permabonds allie la chimie époxy à la flexibilité. Adoucies à moyennement rigides, allongement à la rupture élevé, bonne adhérence au support.
| produit | type | dureté | λ W/(m·K) | particularité |
|---|---|---|---|---|
| Permabond MT382 | Époxy 2K modifié, rapport 2:1 | Shore A 55–85 | 0,47 | Auto-nivellement, 20–30 kV/mm, allongement de 150–200 %. |
| Permabond MT3809 | Époxy 2K modifié, 10:1 | Shore A 75–85 | – | Souple et flexible, faible viscosité. Scellement fin et précis. |
Composé d'encapsulation hybride thermoconducteur
| produit | type | dureté | λ W/(m·K) | particularité |
|---|---|---|---|---|
| Permabond MT3836 UL94 V0 | Polymère MS bicomposant, rapport 2:1 | Shore A 60 | 1,05 | Valeur λ la plus élevée de la gamme. 18–20 kV/mm. BMS, mobilité électrique. |
Le MT3836 est particulièrement intéressant lorsque la dissipation thermique et la résistance au feu sont toutes deux requises, par exemple dans les systèmes de gestion de batterie, l'électronique de puissance et les modules de recharge pour la mobilité électrique. Avec une conductivité thermique de λ = 1,05 W/(m·K), il surpasse nettement tous les composés d'encapsulation à base de silicone de la gamme.
Adhésifs structuraux Permabond PU (également pour l'encapsulation)
| produit | type | dureté | temps de prise | particularité |
|---|---|---|---|---|
| Permabond PT326 | PU bicomposant, 1:1 | Shore D 65–75 | 4 à 7 min | Thixotrope, résistance au cisaillement de 12 à 20 MPa. |
| Permabond PT328 | PU bicomposant, 1:1 | Shore D 60–75 | 15 à 20 min | Une durée de vie en pot plus longue pour les grands volumes. |
Pâtes thermoconductrices
| produit | type | λ W/(m·K) | Temp. | particularité |
|---|---|---|---|---|
| Bluesil PAST 340 | pâte de silicone | 0,41 | −40 / +250 °C | Diélectrique (15 kV/mm), capteurs et résistances. |
| DOWSIL 340 | Pâte de silicone (ZnO) | 0,67 | jusqu'à +177 °C | Ne durcit pas, ne nécessite pas de four. Se conserve 60 mois. |
Choix des matériaux en fonction de l'application
| Utilisation | Matériau | Produit SILITECH | Pourquoi ? |
|---|---|---|---|
| Modules LED (intérieur) | silicone | RTV 141 / ESA 7250 | Transparent, ne jaunit pas |
| LED d'extérieur | silicone | DOWSIL EI-2888 | Sans amorce, UL 746C f1 |
| Automobile (compartiment moteur) | silicone | RTV 147 / ESA 7252 | T élevée, λ > 0,3 |
| Aérospatiale | silicone | ESA 7252 | UL94 V0, λ = 0,42 |
| BMS / Électronique de puissance | polymère MS | MT3836 | λ = 1,05, UL94 V0 |
| Enrobage électronique (souple) | Modèle époxy | MT382 | λ = 0,47, 20–30 kV/mm |
| Capteurs, connecteurs | Modèle époxy | MT3809 | Faible viscosité, souple |
| Transformateurs, haute tension | PU | Biothan 207 E | Shore D 83, UL94 V0, λ = 0,455 |
| Enrobage de câbles | PU | Biothan 2140 | Élastique, modulable, −45 °C |
| contrôle industriel | PU / silicone | Biothan 2170 / CAF 33 | Économique / polyvalent |
| Alimentation haute tension | époxy | STYCAST 2057M | Shore D 90, inviolable |
| Étanchéité simple | silicone monocomposant | CAF 4 / CAF 33 | Prêt à l'emploi, pas besoin de mélanger |
Conseils d'utilisation
Proportions de mélange et dosage
Tous les composés d'encapsulation bicomposants exigent le respect scrupuleux des proportions de mélange. Tout écart supérieur à ±5 % entraîne un durcissement incomplet, une surface collante ou une résistance mécanique réduite.
dégazage sous vide
Les bulles d'air réduisent considérablement la rigidité diélectrique et créent des points faibles sur le plan thermique. Le dégazage sous vide à une pression comprise entre 30 et 50 mbar est indispensable pour obtenir des enrobages de haute qualité. Les systèmes à faible viscosité (RTV 141 : 4 000 mPa·s) se dégazent plus facilement que ceux à haute viscosité (RTV 147 : 150 000 mPa·s).
durcissement
La plupart des composés d'encapsulation à base de silicone durcissent à température ambiante, mais leur durcissement peut être accéléré par la chaleur : 4 heures à 60 °C, 2 heures à 100 °C ou 1 heure à 150 °C. Un chauffage trop rapide (> 3 °C/min) peut provoquer des fissures de contrainte.
Attention — Inhibition avec les silicones d'addition : le contact avec des caoutchoucs soufrés, des silicones catalysés à l'étain, des époxydes durcis à l'amine ou du PVC stabilisé à l'étain peut bloquer la catalyse au platine. En cas de doute, effectuer un essai préalable sur une petite surface.
