Surmoulage de carte électronique

Le premier rôle du surmoulage électronique est de protéger directement la carte et ses composants. Le thermoplastique injecté épouse la géométrie du PCB et des différents éléments qui doivent être intégrés à l’ensemble. Selon la conception du produit, le procédé peut permettre de :

• protéger l’électronique contre l’humidité et les projections ;
• améliorer la résistance aux chocs et aux vibrations ;
• maintenir des câbles, capteurs ou connecteurs ;
• obtenir un ensemble électronique plus compact ;
• limiter le nombre de pièces utilisées ;
• réduire certaines opérations de montage ;
• remplacer tout ou partie d’un boîtier rapporté.

La géométrie de la pièce, les contraintes d’utilisation et le choix du matériau doivent notamment être étudiés lorsqu’il faut protéger une carte électronique contre l’humidité, les chocs et les vibrations tout en conservant l’accès aux zones nécessaires au fonctionnement du produit.

Le surmoulage de PCB peut s’adapter à plusieurs configurations. La faisabilité dépend toutefois de la géométrie de la carte, de la nature des composants et des contraintes d’utilisation du produit.

• Carte électronique seule : Une carte électronique peut être surmoulée afin de créer directement une enveloppe autour du PCB et de ses composants. Certaines zones peuvent rester accessibles lorsqu’une connexion, une fixation ou une fonction électronique l’exige.
• Carte avec capteurs : Le procédé peut protéger une carte intégrant un ou plusieurs capteurs. La conception doit alors préserver les zones nécessaires au fonctionnement du capteur tout en protégeant l’électronique qui l’accompagne.
• Carte avec câbles ou connecteurs : Le surmoulage peut intégrer des sorties de câbles et des connecteurs directement dans le produit. Cette configuration permet notamment de renforcer les zones de raccordement et de limiter certaines pièces intermédiaires.
• Carte intégrée dans un ensemble électronique : Une carte peut également être surmoulée au sein d’un module plus complet afin de réaliser une partie de son enveloppe mécanique ou de son boîtier.

Un boîtier électronique conventionnel peut nécessiter plusieurs composants : coque, couvercle, fixation, joint, visserie ou pièces usinées. À cela s’ajoutent les opérations nécessaires pour assembler ces différents éléments autour de la carte. Dans certaines configurations, le surmoulage thermoplastique permet de regrouper plusieurs de ces fonctions dans une seule pièce. Il peut ainsi supprimer des éléments décolletés ou usinés et réduire le temps consacré à certaines opérations de montage.

La suppression de composants, d’opérations d’assemblage et de certaines pièces mécaniques peut ainsi permettre de réduire le coût d’un boîtier électronique grâce au surmoulage. L’intérêt économique dépend cependant du volume de fabrication, de la complexité de l’assemblage existant, du coût de l’outillage et des performances attendues.

Le choix du matériau et la conception du produit permettent de rechercher différents niveaux de protection. Des applications industrielles réalisées avec ce procédé peuvent notamment aboutir à des ensembles robustes, étanches et résistants aux chocs thermiques. Cette protection peut être particulièrement intéressante lorsque la carte électronique est exposée à :

• l’humidité ;
• des variations de température ;
• des chocs ou vibrations ;
• des contraintes mécaniques ;
• des produits ou environnements incompatibles avec certaines solutions d’encapsulation.

Le matériau thermoplastique utilisé doit être sélectionné en fonction de ces contraintes ainsi que des caractéristiques des composants électroniques.

Le choix entre surmoulage, encapsulation par résine et boîtier rapporté dépend de l’application. Le potting consiste à remplir un volume autour de la carte avec une résine. Il permet de protéger l’électronique, mais certaines résines de potting ou solutions hotmelt peuvent présenter une résistance mécanique limitée ou une tenue insuffisante face à certaines graisses, alcools ou solvants.

Le boîtier classique reste adapté lorsqu’il est nécessaire d’accéder facilement à la carte après fabrication ou de remplacer certains composants. Le surmoulage thermoplastique devient particulièrement pertinent lorsqu’il faut combiner protection de l’électronique, compacité, résistance mécanique et intégration de plusieurs fonctions dans une seule pièce.

Un projet commence généralement par une étude de faisabilité. L’injection de thermoplastique impose en effet des contraintes particulières de température et de pression, qui doivent rester compatibles avec les composants électroniques présents sur la carte. L’étude permet ensuite de déterminer :

• la géométrie de la pièce ;
• les zones à surmouler ;
• les parties qui doivent rester accessibles ;
• le matériau thermoplastique adapté ;
• le positionnement de la carte dans l’outillage ;
• la conception du moule ;
• les conditions de fabrication.

Une phase de prototypage et de validation peut ensuite précéder l’industrialisation et la production en série. Le choix du matériau intervient dès la conception du projet. Le thermoplastique doit être compatible avec la carte et répondre aux contraintes mécaniques, thermiques ou environnementales de l’application. Les températures et pressions utilisées pendant l’injection doivent également rester compatibles avec les composants électroniques. Le choix du thermoplastique pour une carte électronique dépend donc à la fois de l’environnement d’utilisation, des performances recherchées et de la configuration du produit.

Pour obtenir une première étude ou un chiffrage, plusieurs informations permettent au fabricant d’évaluer rapidement la faisabilité du projet :

• le type et les dimensions de la carte électronique ;
• la présence de capteurs, câbles ou connecteurs ;
• un plan, fichier 3D ou cahier des charges disponible ;
• les zones devant rester accessibles ;
• les contraintes d’humidité, de température, de chocs ou de vibrations ;
• le volume de pièces envisagé ;
• le stade du projet : étude, prototype, présérie ou production en série.

Ces éléments permettent de déterminer si le surmoulage de carte électronique constitue une solution adaptée au projet. Ils facilitent aussi les échanges avec une entreprise de carte électronique surmoulée pour définir le matériau, l’outillage et le procédé de fabrication les plus adaptés.