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Les circuits imprimés nouvellement fabriqués et nettoyés offrent généralement de bonnes performances électriques. Mais ces performances vont rapidement se détériorer en raison de l’adsorption de l’humidité atmosphérique, de la contamination ionique de la surface, l’attraction électrostatique de la poussière à la surface etc. Les vernis de protection sont conçus pour protéger les circuits imprimés et les équipements liés, de leur environnement. Le revêtement suit les contours de la carte offrant une excellente protection et couverture et en définitive permet l’allongement de la durée de vie de la carte. L’utilisation de vernis de protection est importante dans l’automobile, notamment les applications sous le capot moteur, et particulièrement dans les domaines sensibles de la sécurité, tels que le militaire, l’aérospatiale et les applications industrielles.

Le vernis de protection idéal répondra à des critères de performances qui comprennent de bonnes propriétés électriques, une faible perméabilité à l’humidité, une bonne résistance chimique et mécanique. Il doit également bien adhérer sur tous types de substrats comme la carte de base, le vernis épargne, le cuivre, les soudures ainsi que les nombreux matériaux utilisés pour les composants qui peuplent la carte. Dans de nombreuses applications de bonnes propriétés thermiques sont importantes, avec une flexibilité conservée à basse température et le maintien de bonnes propriétés mécaniques à température élevée.

Contrôler les émissions de COV

La directive de l’Union Européenne sur les émissions de solvants couvre des opérations définies telles que la fabrication de vernis, les activités de vernissage (telles que la protection de cartes électroniques) et le nettoyage de surfaces. La valeur seuil pour la quantité de solvants est de 5 tonnes par année pour les activités de revêtement telles que le vernissage de cartes. Les constructeurs dont la consommation de solvants est inférieure au seuil ne relèvent pas de la directive. Cependant la valeur limite d’exposition sera toujours présente. Il est donc clair que le fabricant et l’utilisateur final de vernis de protection sont concernés par la directive. Alors, pourquoi cette agitation ? Les émissions de COV doivent être contrôlées en raison de leur effet sur l’environnement et la santé humaine. Les COV contribuent à la formation d’ozone au niveau du sol, une composante majeure de la pollution atmosphérique. Cette pollution peut avoir de nombreux effets néfastes sur l’environnement, en particulier, endommager les forêts et la végétation. Lorsqu’ils ne sont pas contrôlés correctement les COV peuvent également causer des problèmes de santé. La surexposition les rend irritants et dans le pire des cas, cancérogènes. Il est juste de dire que la formation d’ozone au sol constitue un grave problème de pollution de l’air. L’ozone n’est pas émis directement, mais formé par des interactions photochimiques entre COV et oxydes d’azote. Le seul processus de formation de l’ozone est la photolyse de NO2, par conséquent l’ozone est dans un état photostationaire. Lorsque les COV sont présents dans l’atmosphère, ils réagissent pour former des radicaux qui vont consommer ou convertir le NO en NO2. L’augmentation du niveau de COV dans l’atmosphère augmente la conversion de NO en NO2, qui à son tour, provoque une augmentation des niveaux d’ozone. L’absence de COV réduirait donc considérablement les quantités d’ozone formées.

Vernis à base de solvants

Traditionnellement, les vernis les plus largement répandus ont tendance à être à base de solvants et sont disponibles en plusieurs familles chimiques : acrylique, silicone (conventionnel et alkydes), époxy et polyuréthane. Les propriétés d’un vernis découlent de la sélection d’une résine de base et de divers additifs destinés à optimiser la performance du vernis polymérisé. Les solvants organiques sont utilisés pour dissoudre la résine de base et réduire la viscosité pour appliquer le vernis selon tous types de process. Ainsi, le vernis sèche par une simple évaporation du solvant et dans certains cas, peut être polymérisé à chaud ou à l’humidité afin d’accroître ses propriétés. Les vernis de protection à base de solvants sont extrêmement variés et peuvent être appliqués de nombreuses façons, telles que le trempage, la pulvérisation et le pinceau. En ajustant simplement le dosage de solvant, la viscosité du vernis peut être adaptée à la méthode d’application choisie. Dans le cas de la pulvérisation par exemple, un vernis standard peut être dilué dans des limites raisonnables en utilisant un solvant approprié afin d’obtenir une faible viscosité sans nuire à ses performances. Les équipements de pulvérisation se sont développés de plus en plus au cours des dernières années. Il est maintenant possible d’utiliser une technologie de dépose selective qui applique le vernis seulement sur les parties requises de la carte, éliminant ainsi le besoin de masquage. Les vernis à base de solvants ont été une partie intégrante de cette évolution et se comportent extrêmement bien avec ces applications. La technologie de pulvérisation a progressé pour intégrer les techniques de « film coating » et de « swirl coating » parmi d’autres méthodes, permettant d’employer une plus large plage de viscosités dans les équipements, et dans certains cas, une réduction de l’utilisation des solvants.

Vernis à réticulation UV.

D’autres types de vernis spécialisés sont disponibles sur le marché aujourd’hui. Les vernis UV polymérisent rapidement en ligne par l’exposition à des lampes UV. Ces vernis sont particulièrement utiles dans le cas de productions de grandes séries de cartes. Les zones sous les composants sont protégées contre les rayons UV et peuvent être lentes à polymériser, ce qui donne lieu a un effet d’ombre. Cet effet peut être minimisé en modifiant la chimie pour permettre une seconde étape de polymérisation et d’autres solutions existent. Cette étape peut être déclenchée par l’exothermie de la réticulation UV qui se propage sous l’ombre des composants. Une gamme de vernis UV est disponible, comprenant des produits 100% solides et des produits à base aqueuse, qui ont été développés dans le but de remplacer les vernis à base de solvants. La chimie utilisée dans les vernis UV limite la performance des vernis polymérisés dans une certaine mesure et les propriétés ne sont généralement pas aussi bonnes que celles des produits à base de solvants maîtrisés de longue date.

Vernis à base aqueuse

Les vernis de protection à base aqueuse ont également été élaborés en réponse à l’augmentation des pressions environnementales contre l’utilisation de solvants organiques. De nombreux types différents sont actuellement disponibles sur le marché. Ils produisent un film polymérisé qui offre une protection des cartes dans des environnements variés. La difficulté, cependant, réside dans la polymérisation du vernis. Les vernis de protection à base aqueuse peuvent être appliqués avec succès en utilisant les techniques de trempage ou brossage et en séchant à température ambiante. Les vernis à base aqueuse peuvent être pulvérisés, ce qui nécessite, cependant, certains ajustements par rapport aux paramètres fixés pour des vernis à base de solvants. Un film épais peut conduire à un effet dit "de craquage” et c’est un problème récurrent dans les applications en machine de dépose sélective.

Ces vernis requièrent également un temps de séchage plus important et l’accélération du séchage par infrarouge ou four conventionnel peut accroître les risques de fissuration. Là encore, on peut dire que la chimie de ce type de vernis peut restreindre les performances du vernis polymérisé.

Vernis sans COV

Récemment un nouveau vernis sans COV a été introduit sur le marché par Electrolube dans le but d’atteindre les exigences fixées par la directive européenne sur les émissions de solvants. Ce vernis est basé sur la technologie polyuréthane. Il utilise une base de résine polyuréthane pré polymère a 100% de matière solide sous la forme d’un liquide haute viscosité. Le prépolymère est un polyuréthane associé à un isocyanate dont certains groupes fonctionnels ont été bloqués. L’exposition à l’humidité relance le processus chimique et forme un revêtement dur et uniforme.

La polymérisation par voie humide et les formulations 100% solides sont utilisées depuis de nombreuses années dans une vaste gamme d’applications, cependant, les précédentes tentatives ont été infructueuses lorsqu’elles étaient appliquées au marché des vernis de tropicalisation. La polymérisation par voie humide tend à se produire rapidement et peut provoquer des blocages au niveau des machines, en particulier lorsque l’équipement de pulvérisation utilise de fines aiguilles pour appliquer le vernis. Les produits 100% solides ont des viscosités élevées ce qui peut causer des problèmes dans les applications par pulvérisation et trempage. Ils ne peuvent être appliqués qu’en films épais et donc nécessitent un temps de polymérisation plus important. Toutefois, dans la plupart des cas la viscosité est si élevée qu’il n’est pas possible de vernir correctement les cartes délicates.

Le vernis sans COV d’Electrolube a été créé en adaptant des polyuréthanes pré-polymère avec un mélange soigneusement choisi de diluants pour s’assurer que tous les matériaux réagissent. Les diluants choisis permettent de réduire massivement la viscosité aboutissant à un produit 100% solide avec une viscosité adaptée à la pulvérisation, semblable à celle des produits à base de solvants et sans émission de COV. La polymérisation commence avec la réaction du polyuréthane prépolymère avec l’humidité de l’air. Vient ensuite une autreréaction avec le mélange de diluants, qui libère seulement du dioxyde de carbone. La nature de réticulation de ce vernis signifie que ses propriétés de résistance mécanique et de résistance à l’abrasion sont excellentes. Le revêtement polymérisé est donc extrêmement résistant et possède une excellente résistance chimique et à l’humidité.

En raison du profil de réaction de ce vernis sans COV, il est livré en formulation prête à l’emploi pour la pulvérisation. Selon Electrolube, il a été testé par les principaux fabricants d’équipements de dépose sélective avec des résultats extrêmement positifs. Il a été démontré qu’il est possible d’appliquer le nouveau vernis via les méthodes classiques avec peu de changements dans la configuration des paramètres. La polymérisation du vernis peut être réalisée à température ambiante ou accélérée en utilisant un four conventionnel ou infrarouge pour un résultat immédiat.

Les vernis sans COV offrent les performances et la facilité d’utilisation d’un vernis à base de solvants, et offre en plus aux usagers un produit prêt à l’emploi sans perte par évaporation. La même quantité de vernis couvrira donc plus de surface qu’un matériau à base de solvant et ne nécessite pas de coûteux procédés d’extraction.

En bref

Le vernis sans COV est un revêtement souple offrant une excellente adhésion sur de nombreux substrats. Il offre d’excellentes propriétés mécaniques et électriques, peut être utilisé sur une large plage de température de fonctionnement et intègre l’utilisation de retardateurs de flamme pour répondre à la norme UL94 V0.

Une nouvelle ère s’ouvre pour les vernis de protection avec le développement du vernis sans COV. A l’avenir, les règlementations seront plus contraignantes et l’utilisation de vernis à base de solvants diminuera pour être conforme à la norme dans l’industrie.

C’est le développement de produits tels que le vernis sans COV qui ouvre la voie vers un nouvel avenir plus vert dans le secteur des vernis de tropicalisation.

http://www.electrolube.com