Un capteur connecté revient du terrain après son premier hiver. Le boîtier est intact, le joint aussi, mais la carte ne répond plus. À la découpe, on trouve une fissure dans la résine d’enrobage : partie d’un gros condensateur, elle descend jusqu’aux soudures, et l’humidité a suivi le même chemin. La résine n’était pas mauvaise en soi. Elle avait été mal choisie pour cet usage, puis mal dosée.
L’encapsulation, ou potting, consiste à noyer tout ou partie d’une carte dans une résine, le plus souvent bicomposant, pour la protéger de l’eau, des vibrations et des chocs. Sur un objet connecté installé dehors, sur une machine ou dans un local technique humide, c’est la dernière barrière entre l’électronique et son environnement. Les défauts qui la font céder se ressemblent beaucoup d’un projet à l’autre.
Choisir la résine pour sa dureté plutôt que pour sa tenue en température
L’époxy rassure : elle est dure, adhère bien et résiste à de nombreux produits chimiques. Mais elle est rigide, et sa dilatation thermique n’est pas celle des composants ni du circuit imprimé. Entre une nuit de gel et un après-midi au soleil derrière un capot sombre, ces écarts deviennent des contraintes mécaniques qui se concentrent autour des composants volumineux et sur les soudures. Utilisée au-dessus de sa température de transition vitreuse (Tg), une époxy change en outre de comportement : sa dilatation augmente nettement.
Le polyuréthane, plus souple, encaisse mieux ces cycles et convient à beaucoup de boîtiers extérieurs. Le silicone reste souple sur une plage de températures encore plus large, et certains gels permettent même d’atteindre un composant après coup, au prix d’une protection mécanique moindre. Pour un capteur exposé, la bonne question n’est donc pas « quelle dureté ? » mais « que devient cette résine entre la température la plus basse et la plus haute que verra le produit ? ». Demandez au formulateur la Tg et le coefficient de dilatation, et comparez-les aux températures que verra réellement la carte, mesurées si possible à l’intérieur du boîtier, où l’on dépasse vite la température extérieure.
Lire le ratio sans vérifier s’il s’entend en poids ou en volume
C’est l’erreur la plus banale, et l’une des plus coûteuses. Une fiche technique indique « 100:50 ». En poids ou en volume ? Les deux composants n’ont presque jamais la même densité, surtout quand la résine est chargée. Prenons un exemple : une résine de densité 1,5 et un durcisseur de densité 1,0, à mélanger à 100:50 en poids. En volume, cela fait 66,7 ml de résine pour 50 ml de durcisseur, soit un rapport de 1,33:1 et non de 2:1. La plupart des machines bicomposant dosent en volume ; réglée sur le chiffre de la fiche sans conversion, la résine durcit mal, reste poisseuse en surface ou n’atteint jamais les propriétés annoncées.
Le contrôle tient en deux minutes. Au démarrage, on dose chaque composant séparément, sans mélangeur, dans deux godets, puis on pèse. Si le rapport des masses correspond à la fiche, le réglage est bon. Ce geste devrait figurer dans le mode opératoire de chaque poste d’enrobage.
Mélanger à la spatule et couler d’un seul coup
Le mélange manuel dans un gobelet emprisonne de l’air, et sa qualité dépend de la patience de l’opérateur. Le mélangeur statique règle ces deux problèmes : un tube jetable garni d’éléments hélicoïdaux qui divisent et recombinent le flux, sans aucune pièce mobile. Chaque élément double à peu près le nombre de couches ; avec vingt éléments, on dépasse le million. Le nombre d’éléments se choisit donc selon le produit, pas au hasard. Contrepartie : si la ligne s’arrête plus longtemps que la durée de vie en pot, la résine durcit dans le tube, qu’il faut alors remplacer.
Couler d’un seul coup crée deux autres ennuis. L’air se loge sous les composants hauts, entre les broches des connecteurs, sous les boîtiers à billes. Mieux vaut déposer la résine au point le plus bas et la laisser monter, en poussant l’air devant elle, que verser par le dessus. Par ailleurs, la réticulation est exothermique : une forte masse qui durcit d’un bloc chauffe à cœur, le retrait augmente et des fissures peuvent apparaître. Sur les gros volumes, couler en plusieurs passes ou choisir un système plus lent évite ce coup de chaleur.
Négliger l’humidité, dans le fût comme sur la carte
Le durcisseur d’un polyuréthane contient des isocyanates, qui réagissent avec l’eau de l’air en dégageant du dioxyde de carbone. Un fût mal refermé, un réservoir sans dessiccateur, et la résine mousse ou se remplit de microbulles. Côté carte, les résidus de flux et l’humidité absorbée par le circuit nuisent à l’adhérence : la résine se décolle par endroits, et chaque décollement devient un chemin pour l’eau. Un étuvage des cartes avant coulée et un nettoyage adapté au flux utilisé coûtent peu au regard d’un seul retour terrain.
Rester au dosage manuel quand la série grossit
Pour quelques prototypes, un pistolet pour cartouches bicomposant équipé d’un mélangeur statique suffit. Au-delà, l’écart entre deux pièces vient surtout de la main : volume coulé, vitesse, trajectoire. Une doseuse bicomposant à ratio fixe, associée à un robot cartésien qui reproduit toujours le même parcours de remplissage, supprime cette variabilité. Certains fabricants d’équipements de dosage industriel rangent d’ailleurs le potting électronique parmi les usages de leurs applicateurs, au même titre que la dépose de cordons ou de points de colle. Le choix de la machine se fait alors sur des données mesurables : viscosité du produit, ratio, volume par pièce, cadence.
Avant toute série, sacrifiez trois ou quatre cartes. Une fois la résine durcie, sciez-les dans la zone la plus encombrée, sous les composants les plus hauts. La coupe montre en quelques minutes les bulles, les zones mal remplies et les décollements que ni l’œil ni le test électrique ne révèlent.
