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Avant la découverte du moulage par injection à basse pression (LPIM) dans les années 1970, différentes méthodes traditionnelles - scellement hermétique, empotage et revêtements conformes - étaient utilisées pour l'encapsulation des composants électroniques. Le problème majeur de ces techniques est que parfois le composant électronique n'est pas correctement scellé ou que les scellés se dégradent avec le temps, exposant les composants électroniques à l'humidité et à des risques potentiels.

Il y avait également un risque de dommages pendant le processus de scellement en raison de températures élevées ou de dommages mécaniques pendant l'application du produit d'étanchéité. Les composants tels que les cartes de circuits imprimés ont tendance à présenter des surfaces irrégulières ou une géométrie complexe, ce qui rend plus difficile l'obtention d'un scellement uniforme. Ces méthodes traditionnelles demandent beaucoup de travail et de temps, ce qui augmente les co?ts de fabrication.

Qu'est-ce que le moulage par injection à basse pression ?

Comme leur nom l'indique, les matériaux thermoplastiques sont utilisés à basse pression (20 à 580 psi) et à basse température (356°F à 428°F) pour encapsuler des pièces électroniques délicates. La pression plus faible permet de protéger les composants tels que les connecteurs et les cartes de circuits imprimés (PCB), que des températures et des pressions élevées peuvent facilement endommager.

Les matériaux thermoplastiques tels que les polycarbonates et les polyamides (nylon) sont principalement utilisés en raison de leur meilleure fluidité à basse pression. Voici les différents types de matériaux utilisés dans le moulage par injection à basse pression et leurs avantages.

Différents facteurs détermineront le choix du matériau pour votre produit. Les facteurs les plus importants sont les propriétés que vous souhaitez donner au produit et l'environnement dans lequel il sera utilisé. Par exemple, si vous créez un produit destiné à être utilisé dans un h?pital, le silicone de qualité médicale (certifié ISO 10993) est le meilleur choix en raison de sa résistance élevée à la température et aux produits chimiques et de sa biocompatibilité.

?tapes du moulage par injection à basse pression

L'idée principale de cette technique est de faire fondre la matière plastique souhaitée et de la mouler autour du composant. L'ensemble du processus peut être résumé en quatre étapes principales. Il est donc plus facile de dire qu'il s'agit d'un processus plus rationalisé par rapport aux méthodes traditionnelles telles que l'empotage, qui comporte sept à huit étapes. Les étapes du moulage par injection à basse pression sont les suivantes :

• Chauffer le matériau de moulage : La première étape consiste à chauffer le matériau thermoplastique souhaité.
• Mise en place du composant : Le composant à encapsuler est placé dans une moitié de la cavité du moule, et le moule est fermé.
• Injection du matériau de moulage : Le matériau de moulage liquéfié est injecté dans la cavité à basse pression.
• Refroidissement : En raison de la température et de la pression réduites, le moulage par injection à basse pression durcit plus rapidement.

Tableau de comparaison technique : LPIM par rapport aux processus traditionnels

La technique LPIM de revêtement des matériaux est plus simple et plus efficace que les méthodes traditionnelles. Contrairement à ces dernières, elle nécessite moins d'intervention humaine, ce qui permet une mise à l'échelle sans erreurs humaines supplémentaires. Elle permet une dissimulation parfaite sans endommager les matériaux délicats. Certains des principaux avantages de l'utilisation de la technique LPIM dans l'industrie manufacturière sont décrits ci-dessous.

#1. Amélioration du rapport co?t-efficacité

Le moulage par injection à basse pression utilise moins de matériaux que les méthodes traditionnelles pour obtenir une encapsulation complète. En outre, il fonctionne à une pression et à une température plus basses, ce qui se traduit par des factures d'énergie moins élevées. Le temps de cycle plus court permet aux fabricants d'augmenter leur production et d'honorer les commandes plus rapidement.

#2. Investissement moindre dans l'outillage

En raison des exigences moins élevées en matière de température et de pression pour ce processus, des produits moins co?teux ont été mis au point. moules en aluminium peuvent remplacer les moules en acier, plus co?teux, en particulier pour les petites séries. Cela permet de réduire l'investissement initial et les délais d'exécution.

#3. Meilleure protection des composants

Le LPIM protège mieux les composants à géométrie complexe tels que les connecteurs, les capteurs et les cartes de circuits imprimés, avec une plus grande cohérence et un risque minimal de dommages. Le produit d'étanchéité pénètre dans des zones que les méthodes traditionnelles ont du mal à atteindre.

#4. Meilleure esthétique et résistance

Le moulage par injection à basse pression permet d'obtenir une finition plus propre et plus soignée, que les consommateurs trouveront plus attrayante que les méthodes traditionnelles. En outre, les fabricants peuvent personnaliser les propriétés de leurs produits en modifiant le matériau utilisé dans le moulage.

Analyse approfondie des trois principales difficultés rencontrées dans la fabrication de dispositifs électroniques

Les appareils électroniques sont délicats. Leur efficacité ou leur utilité pure et simple peut être compromise par des éléments naturels tels que la poussière, les UV et l'humidité. Les fabricants d'appareils électroniques doivent donc trouver un moyen de protéger leurs produits de ces éléments naturels sans endommager l'appareil. Trouver l'équilibre a été un défi majeur dans l'industrie jusqu'au moulage par injection à basse pression.

Bien que les méthodes traditionnelles antérieures offrent un certain niveau de protection aux dispositifs électroniques, tels que les cartes de circuits imprimés et les connecteurs, elles se heurtent généralement à trois problèmes majeurs : manque de précision, taux élevé de dommages et impact important sur les co?ts et l'environnement. Les fabricants qui s'en remettaient aux méthodes traditionnelles se voyaient souvent reprocher par les organismes de réglementation environnementale d'avoir laissé une empreinte désagréable. Alors, comment les fabricants ont-ils surmonté les difficultés des méthodes d'encapsulation traditionnelles en utilisant le moulage par injection à basse pression ?

Point sensible 1 : Le dilemme de l'efficacité de l'emballage des composants électroniques de précision

Les méthodes de revêtement traditionnelles auraient été plus faciles à utiliser si l'électronique ne comportait qu'un seul composant. Cependant, un circuit imprimé typique comporte différents composants dont la géométrie, la taille et l'orientation varient, et c'est là que les techniques d'encapsulation traditionnelles se heurtent à des difficultés.

Avec le revêtement conforme et l'encapsulage, il est difficile d'obtenir la même uniformité de scellement sur l'ensemble de la carte. En d'autres termes, vous obtiendrez un produit où une zone peut avoir une couche épaisse de matériau d'étanchéité tandis qu'une autre zone aura une couche fine. Ce revêtement imparfait peut introduire des trous d'air ou entra?ner une couverture incomplète, ce qui se traduit par une protection incomplète de l'appareil électronique.

Point faible n° 2 : taux d'endommagement élevé des pièces/inserts à parois minces

Contrairement au moulage par injection à basse pression, les techniques d'encapsulation traditionnelles nécessitent une main-d'?uvre importante, ce qui peut entra?ner des dommages plus importants sur les pièces à parois minces en raison d'une erreur humaine. Par exemple, étant donné que le processus de durcissement de certains composés d'enrobage implique des réactions chimiques, ils peuvent générer de la chaleur susceptible d'endommager les composants sensibles ou de provoquer des défaillances dans les joints de soudure.

Les pièces à parois minces peuvent être endommagées par le retrait du matériau d'enrobage au cours du processus de durcissement. Le rétrécissement peut provoquer des contraintes sur le composant en raison du manque de flexibilité du matériau d'enrobage. Une partie de cette défaillance peut résulter de la fissuration ou de la délamination du matériau de revêtement. Les fissures peuvent se produire en raison de la disparité du coefficient de dilatation induite par la chaleur entre le matériau de revêtement et le substrat. Une fois les fissures formées, les pièces électroniques deviennent vulnérables à la poussière et aux fluides.

En outre, les produits d'étanchéité traditionnels sont difficiles à enlever, ce qui complique la réparation en cas de dommage sur la pièce. Il convient donc d'être très prudent lors de l'enlèvement des joints pour éviter d'endommager davantage les pièces.

Point sensible n° 3 : Co?ts et risques élevés liés à la conformité environnementale

Le gaspillage de matériaux des méthodes traditionnelles peut sembler minime au début, comparé à la fabrication d'un moule d'injection basse pression en aluminium. Toutefois, les co?ts finissent par s'accumuler lorsque vous devez fréquemment passer de nouvelles commandes de fournitures. L'empotage est également une opération à forte intensité de main-d'?uvre, ce qui signifie plus de travailleurs sur votre liste de paie. Le moulage par injection à basse pression compense les co?ts initiaux plus élevés de l'outillage en permettant aux fabricants d'exécuter des cycles plus rapides, de réduire la main-d'?uvre et de diminuer la consommation de matériaux.

Au-delà du co?t économique, le revêtement traditionnel utilise souvent des produits chimiques qui peuvent être toxiques pour l'environnement. Par exemple, l'enrobage utilise des isocyanates. L'inhalation à court terme de ce composé peut entra?ner une irritation des yeux, du nez et de la gorge, une respiration sifflante, une toux et des troubles gastro-intestinaux tels que des nausées.

Lignes directrices pour la mise en ?uvre technique du moulage par injection à basse pression

Pour une mise en ?uvre efficace et cohérente du moulage par injection à basse pression, les fabricants doivent suivre un ensemble de lignes directrices. Ces directives concernent la sélection des matériaux, la conception du moule, le réglage de la machine de moulage et le contr?le du processus. Chacun de ces facteurs doit faire l'objet d'une réflexion approfondie, l'encapsulation parfaite de la pièce électronique ou de l'insert étant au centre des préoccupations.

• Sélection des matériaux : Le matériau choisi doit être compatible avec la pièce électronique et présenter les propriétés adéquates (résistance à l'humidité et à la température, compatibilité chimique) pour l'application envisagée.
• Conception du moule : Pour que le flux de matériau soit constant et pour éviter les lignes de soudure, la paroi doit avoir une épaisseur uniforme et l'ouverture doit être de la bonne taille et située au bon endroit. Les angles vifs doivent être évités afin de réduire la concentration des contraintes, qui pourrait entra?ner des fissures. L'évent doit être suffisant pour permettre une bonne évacuation de l'air pendant l'injection afin d'éviter la formation de poches d'air, ce qui entra?nerait des produits défectueux.
• Mise en place de la machine à mouler : La machine de moulage doit être réglée aux paramètres optimaux pour le moulage par injection à basse pression, conformément aux recommandations du fabricant, notamment en ce qui concerne la température, la pression, la vitesse d'injection et le temps de refroidissement.
• Contr?le des processus : Les principaux paramètres de moulage doivent être contr?lés en permanence pour garantir une qualité constante des pièces. Toutes les spécifications des matériaux, tous les paramètres, toutes les procédures et tous les guides de dépannage doivent être documentés.

Tableau de sélection des équipements

Le moulage par injection à basse pression nécessite un équipement spécialisé optimisé pour traiter l'insert délicat. Les systèmes de contr?le de la température et d'acheminement des matériaux sont des éléments critiques qui peuvent faire ou défaire le succès du système dans l'encapsulation de pièces électroniques fragiles. Le tableau ci-dessous vous guidera dans le choix de l'équipement.

Points clés de la conception des moules

Lors de la conception d'un moule, il faut prêter attention au noyau, aux angles de dépouille, au plan de joint, au système d'éjection et aux canaux de refroidissement. La stratégie de conception du moule commence par l'analyse du dessin 2D/3D de l'insert qui contient les dimensions, la géométrie et les tolérances. La conception du noyau est calquée sur la géométrie de la pièce. D'autres considérations critiques dans la conception du moule sont :

• Les angles d'attaque : Empêcher le collage de la pièce au moule, ce qui pourrait entra?ner des dommages lors de l'éjection.
• La ligne de séparation : L'emplacement doit être soigneusement étudié pour minimiser la visibilité susceptible d'affecter l'esthétique et l'intégrité structurelle de la pièce.
• Système d'éjection : Les broches d'éjection doivent être efficaces et minimiser tout dommage potentiel à la pièce moulée.
• Système de refroidissement : Doit être placé stratégiquement dans le moule pour faire circuler correctement le liquide de refroidissement et éviter les marques d'enfoncement ou les déformations.
• Conception pour la fabrication : La conception du moule doit être efficace et relativement facile à produire.

Applications industrielles du moule d'injection à basse pression

Le moulage par injection à basse pression a de nombreuses applications industrielles, notamment dans les domaines de l'électronique, de l'automobile, des appareils médicaux et de l'aérospatiale. Lorsqu'il est correctement réalisé, il offre une excellente protection contre les produits chimiques, la poussière et l'humidité. Par conséquent, il contribue à prolonger la durée de vie du composant scellé. Vous trouverez ci-dessous des applications industrielles pratiques du LPIM.

• Industrie électronique : Utilisé pour revêtir les cartes de circuits imprimés, les connecteurs et autres composants délicats afin de les protéger de l'humidité, des chocs physiques et de la poussière. Il peut également constituer une partie structurelle du composant.
• Industrie automobile : Il est principalement utilisé pour le surmoulage de matériaux sur des substrats, en particulier à l'intérieur des véhicules, y compris les protections de portes et de tablettes.
• Dispositifs médicaux : Les dispositifs médicaux doivent être stérilisés fréquemment à l'aide de produits chimiques ou de chaleur. La partie sensible des dispositifs est généralement encapsulée par moulage par injection à basse pression afin de garantir qu'ils puissent être stérilisés sans perdre leur efficacité.
• Industrie aérospatiale : Le moulage par injection à basse pression est utilisé pour sceller les connexions de c?bles, ce qui constitue une solution plus durable et permanente pour les connexions de c?bles.

Le passage au moulage par injection à basse pression a aidé les fabricants à éviter les pièges de l'encapsulation traditionnelle des pièces électroniques et a rendu l'ensemble du processus plus rapide et plus durable. Les avantages du moulage par injection à basse pression sont énormes. En comprenant parfaitement le processus, les fabricants peuvent faire le bon choix quant au meilleur matériau à utiliser pour obtenir le résultat souhaité.