Couverture ElectroniqueS n°127

Les vernis servent à protéger les cartes électroniques. Parce que les solvants sont polluants, les vernis solvantés cèdent progressivement la place aux vernis polymérisables aux UV. Simultanément, de plus en plus de fabricants optent pour le vernissage sélectif robotisé qui veut supprimer le masquage, une opération fastidieuse et coûteuse. U ne fois les composants brasés sur les cartes électroniques, les fabricants procèdent parfois au vernissage de celles-ci. Ils le font très fréquemment pour les cartes destinées à des applications aéronautiques, de défense, spatiales, médicales, d'énergie, de transport et automobiles, tous secteurs où les environnements s'avèrent agressifs au plan chimique comme au plan de la température. Le vernis de tropicalisation (1) protège la carte contre les poussières, les contaminants, les agressions chimiques et l'humidité. Ce qui a pour conséquence une amélioration de la fiabilité de fonctionnement et un allongement de la durée de vie des cartes. Dans la pratique, plusieurs sortes de vernis de tropicalisation sont utilisées en fonction des environnements de fonctionnement prévus, et des exigences du cahier des charges (rigidité diélectrique, exigence de retrait du vernis, système de dépose choisi…). Ces vernis ont évolué avec l'avènement de la directive Reach: certains composants dangereux pour la santé de l'homme, notamment des solvants comme le toluène et le xylène, ont été bannis; et les COV (Composés Organiques Volatils) – qui sont partie intégrante des solvants– sont de plus en plus écartés. D'où le succès des nouveaux vernis sans solvant que sont les vernis polymérisables aux UV qui n'ont qu'un défaut : ne pas être réparables c'est-à-dire retirables facilement. Quant aux techniques de dépose des vernis, elles sont encore fréquemment manuelles (pinceau, aérosol, pistolet). Toutefois, le vernissage sélectif robotisé – qui peut éviter le masquage– a de plus en plus la cote même auprès des PME. Sa précision et sa répétabilité en font un outil de choix. Demeure que pour les moutons à cinq pattes, ceux que l'on confie par exemple au spécialiste du vernissage ATPV ( voir encadré ), le procédé manuel est encore le meilleur et le plus rapide des outils. Quant au coût du vernissage, il représente environ entre 10 et 15% du coût total de la main-d'œuvre nécessaire à l'assemblage de la carte, et, en moyenne et pour donner une idée, environ 5% du prix de revient de la carte. Sous la poussée des réglementations environnementales, l'offre en vernis change. Les vernis UV ont de plus en plus la cote. L'application de vernis demeure en grande partie manuelle bien que le vernissage sélectif robotisé séduise de plus en plus. Un vernis traditionnel se compose d'une résine – qui fixe les caractéristiques de l'ensemble – et d'un diluant – qui sert à diminuer la viscosité de la résine. Les diluants sont des solvants ou de l'eau. Quant aux résines, « ce sont des résines organiques (acryliques, polyuréthanes…) ou inorganiques (silicone), très fluides à autonivelantes ,choisies notamment en fonction de l'épaisseur de dépôt requise et de la configuration des composants sur le circuit imprimé », indique Mickaël Gerin, Electronic Product Manager de Samaro, distributeur de vernis Dow Corning et Electrolube. Les vernis à solvant dominent Les vernis peuvent intégrer des traceurs UV qui permettent de contrôler l'homogénéité et l'épaisseur du dépôt. «Ils incluent des fongicides pour prévenir l'apparition de champignons ou de mousses», ajoute Jean-Pierre Douchy, Pdg d'AB Chimie, fabricant français de vernis. Les résines utilisées dans les vernis de tropicalisation se répartissent en quatre grandes familles : les résines acryliques, les polyuréthanes, les silicones et les résines solides polymérisables aux UV. Les plus utilisées aujourd'hui sont les résines acryliques; elles servent de base aux vernis les plus populaires que sont les vernis acryliques à solvant (dits aussi solvantés). « Ce s vernis offrent une protection efficace contre l'humidité, sont faciles à mettre en œuvre, polymérisent rapidement et sont réparables – on peut les retirer facilement, par application du même solvant que celui présent dans le vernis», annonce Emmanuel Anglade, président d'Humiseal Europe, Humiseal étant le premier fournisseur mondial de vernis de tropicalisation. « Résistant à des températures comprises entre - 60 °C et + 150 °C, peu onéreux, les acryliques représentent 90% du marché », ajoute M. Douchy (AB Chimie). « Leur résistance aux agressions chimiques est faible », tempère cependant M. Gerin (Samaro). Quand l'environnement est très agressif (vapeurs de dioxyde de soufre, vapeurs d'essence…), on protège la carte électronique avec un vernis à résine de polyuréthane. C'est le cas, par exemple, pour un fonctionnement sur une plateforme pétrolière. Toutefois, les vernis polyuréthane présentent deux inconvénients : « leur polymérisation est longue et ils sont moins facilement réparables que les acryliques » , notent MM. Anglade, Douchy et Gerin. «Les vernis polyuréthane, les vernis époxy –plutôt utilisés pour l'enrobage que pour la tropicalisation– et les vernis silicone sont dits permanents : c'est-à-dire qu'on ne peut les retirer que par microsablage – envoi d'un jet abrasif sur le vernis – ou par application de solvants chimiques agressifs (chlorés, par exemple)», commente Patrick Mellet, responsable de formation à l'Iftec, société spécialisée dans l'enseignement des techniques et des procédés de production de circuits imprimés et de cartes électroniques. A noter aussi que les vernis au polyuréthane présentent une meilleure accroche que les vernis acryliques. Les vernis acryliques à solvant sont les couteaux suisses des vernis: ils sont efficaces contre l'humidité, faciles à mettre en œuvre, polymérisent rapidement et sont réparables –c'est-à-dire qu'on peut les retirer facilement, par application du même solvant que celui présent dans le vernis. EMMANUEL ANGLADE, président d'Humiseal Europe “ Les résines qui durcissent aux UV doivent leur popularité au fait qu'elles ne dégagent pas de solvant, sont ininflammables et polymérisent en seulement quelques secondes, plus rapidement que les vernis acryliques solvantés. Les vernis silicones sont victimes d'une mauvaise réputation Quant aux silicones, ce sont des boucliers thermiques que l'on utilise quand la température dépasse les 150 °C – qui est le maximum auquel résistent les vernis acryliques et au polyuréthane–; les silicones supportent jusqu'à 200 °C. « L'aéronautique et le spatial requièrent une durabilité de la protection sur une large plage de température, ce qui oriente le vernissage vers la technologie silicone », précise Mickaël Gerin (Samaro). Et d'ajouter : «Les vernis silicone présentent une bonne résistance aux agressions chimiques et une grande résistance à l'humidité». En outre, ils servent d'amortisseur pour les composants montés sur la carte en cas de vibrations de cette dernière: «cette chimie souple et flexible amortit le stress sur les composants », remarque ainsi l'expert de Samaro. Toutefois, «ils ne sont pas réparables, coûtent beaucoup plus cher que les résines acryliques et polyuréthane, et sont polluants : leur dégazage est important et ils sont gras », signale M. Anglade (Humiseal). «Les silicones sont polluants en ce sens qu'ils émettent des composés volatils qui, en se déposant, peuvent former une couche résistant au brasage », précise Patrick Mellet (Iftec). Par contre, ainsi que le fait remarquer M. Douchy (AB Chimie): «les silicones modifiés ne polluent pas l'atmosphère ». Pour M. Douchy, les vernis à résine de silicone seraient victimes d'une mauvaise réputation liée à un passé où leurs émanations faisaient cloquer les peintures des automobiles. Un scénario qui rappelle celui de l'excellent cabernet d'Anjou qui a mis trente ans à se remettre d'une mauvaise réputation liée à des sucrages abusifs, dans les années 1970. Résultat : « la France a peur des silicones –ils n'y représentent que 2% des vernis utilisés– à la différence de l'Espagne, de l'Italie, de l'Asie, de l'Amérique du Nord et de l'Amérique du Sud où leur utilisation atteint 20 % », constate le Pdg d'AB Chimie. Parmi les utilisateurs de vernis que nous avons interrogés, la majorité (notam-ment les sous-traitants A2E, Eolane et Tronico) nous a indiqué se servir de vernis silicone. «Nous utilisons les vernis qui ont été qualifiés par nos clients. La plupart de nos donneurs d'ordres imposent leurs vernis», explique Frédéric Gaboriau, ingénieur pro-cess en charge du vernissage chez Tronico. Même réflexion chez Eolane qui utilise des vernis silicone FSCP d'Electrolube. « Même si les silicones modifiés émettent peu de composés volatils, les utilisateurs adoptent le principe de précaution préconisé par l'IPC: les outils de dépose du silicone ne sont pas utilisés pour les autres vernis », remarque, quant à lui, Patrick Mellet (Iftec). Quoi qu'il en soit, «les vernis silicone ont aujourd'hui tendance à être remplacés par des vernis UV (voir ci-après) », conclut Emmanuel Anglade. atpv: un professionneL du vernissage DES CARTES ÉLECTRONIQUES > Ayant vu le jour en 2001, ATPV est une PME du Maine-et-Loire forte d'une vingtaine d'employés (17 CDI et 5 intérimaires, en moyenne) dont le chiffre d'affaires 2013 a atteint 1,2 million d'euros. Elle est spécialisée dans le vernissage des cartes électroniques et traite quelque 600000 cartes par an. > Ses clients appartiennent à des secteurs très variés. L'aéronautique, avec des séries comprises entre une carte et une trentaine de cartes, représente environ la moitié de son chiffre d'affaires; le ferroviaire, 20%; et ATPV vernit aussi pour l'industriel –notamment pour les domaines de la signalisation et des télécommunications. Les donneurs d'ordres, au nombre d'une centaine, sont aussi bien des grands groupes que des PME. Le premier de ses clients représente 11% de son chiffre d'affaires. La majorité des donneurs d'ordres sont basés dans l'Hexagone; toutefois, plusieurs sont localisés à l'étranger. Certifiée ISO 9001, cette PME met en avant la qualité de son travail ainsi que sa réactivité (2 jours pour le retour des cartes). Dans la pratique, ATPV travaille couramment avec une trentaine de vernis. L'entreprise dispose de deux cabines de vernissage en flux laminaire, l'une réservée aux vernis époxy, l'autre, aux silicones. Toutes les opérations sont manuelles: masquage, vernissage (pinceau, spray, pistolet) et contrôle. «Notre travail est deux fois plus précis et deux fois plus rapide que celui des robots de vernissage», déclare Cindy Bonsergent-Vacher, responsable de la qualité et de la sécurité chez ATPV. Et il le faut car les donneurs d'ordres ont des demandes très pointues en termes de masquage et de vernissage, des demandes «pour lesquelles l'utilisation d'un robot serait trop longue et trop coûteuse». Si besoin est, la PME réalise le lavage des cartes avant vernissage: «avec un mélange d'eau et d'alcool, au biosane, ou en machine, avec un lessiviel type Vigon A200». La PME va de l'avant: elle va ainsi se doter d'un robot de collage destiné à intervenir sur les cartes électroniques assemblées. L'avenir plaide pour une diminution de l'utilisation des vernis à solvant au profit des vernis à eau et des vernis UV. Les vernis Dual Cure ont permis de résoudre le problème de la non-polymérisation en zone d'ombre. Parmi les vernis acryliques, polyuréthane et silicone, les vernis à base solvant et à base aqueuse du marché, les utilisateurs interviewés nous ont indiqué utiliser notamment: des produits Humiseal (vernis acryliques solvantés 1B31 et 1B73, vernis à base aqueuse 1H20 AR1, vernis polyuréthane 1A33), des produits AB Chimie (vernis acrylique solvanté AVR80 et sa version non toxique AVR80BA), Electrolube (vernis silicone modifié FSC distribué par Samaro qui propose aussi des vernis silicone Dow Corning), AkzoNobel (vernis spéciaux pour l'aéronautique Vernelec 43022 et 43023) et Peters (vernis acryliques SL1307 et SL1307FLZ). Nous sommes entrés dans l'ère des vernis UV Outre la classification précédente, réalisée à partir des diverses résines constitutives, les vernis font l'objet d'une seconde classification à partir des diluants qu'ils incluent et/ou de leur mode de polymérisation. Cette seconde classification distingue : les vernis à base solvant ou vernis solvantés – dont les très populaires vernis acryliques solvantés –, les vernis à base aqueuse et les vernis sans solvant qui regroupent des vernis silicone et les vernis polymérisables aux rayons UV, ces derniers constituant une classe à part. Les vernis solvantés sont constitués d'une résine (acrylique ou polyuréthane) et d'un diluant qui est un solvant. Les vernis à base aqueuse sont, comme leur nom l'indique, composés de résines diluées à l'eau. « Comme ils n'incluent pas de composés organiques volatils, il n'y a pas besoin d'extraction d'air ; en outre, ils sont ininflammables et leur odeur est faible », souligne M. Gerin (Samaro). Leur gros problème: un long temps de séchage car l'évaporation de l'eau est bien plus difficile que celle des solvants. De surcroît, « ils s'étalent mal car ils sont moins mouillants » , remarque M. Mellet (Iftec). Enfin, « ils conviennent peu aux machines de vernissage sélectif ; il est préférable de les déposer au pinceau », ajoute cet expert. Dans la pratique, ils intéressent les entreprises qui travaillent sur de petites séries de cartes complexes. mauvaise adhérenCe du vernis: DES COUPABLES DIFFICILES à IDENTIFIER > «Quelle que soit la surface sur laquelle s'appliquera le vernis, il faut qu'elle soit propre –exempte de résidus de flux de soudure et autres contaminants– afin de garantir la durabilité de l'adhérence du vernis sur la carte», souligne Mickaël Gerin (Samaro). «La réussite de l'application de vernis acrylique ou polyuréthane impose un substrat exempt de corps gras –comme le sont par exemple les produits en silicone», renchérit Frédéric Gaboriau (Tronico). «Si les cartes sont trop grasses, nous demandons au client la permission de les laver pour une meilleure accroche du vernis», complète Cindy Bonsergent-Vacher (ATPV). Malgré tout, il arrive que le vernis de tropicalisation adhère mal sur la carte, notamment sur le vernis épargne. Rappelons que le vernis épargne est déposé sur le circuit imprimé à la fin de la fabrication de celui-ci. De façon similaire, le vernis de tropicalisation est déposé sur la carte à la fin de l'assemblage de celle-ci. Une mauvaise adhérence du vernis de tropicalisation signale un mauvais mouillage. «Une bonne dépose du vernis de tropicalisation suppose une énergie de surface supérieure à 38 dynes/cm 2 », rappelle Emmanuel Anglade (Humiseal). «Certains vernis épargnes favorisent l'adhérence du vernis de tropicalisation», annonce pour sa part Eolane. En outre, certains produits s'avèrent incompatibles. Ce peut être le cas entre un consommable de brasage et un vernis épargne: «un problème d'adhérence se fait jour entre le vernis épargne Taiyo PSR 400 MH mat et le vernis de tropicalisation 1A33, en présence du flux Kester 977», révèle ainsi TIS Circuits. Quant à l'expérience de M. Anglade, elle le conduit à remarquer que «lorsqu'il y a un problème d'énergie de surface, ce n'est pas le vernis épargne qui est en cause mais un changement advenu dans le process de fabrication du circuit imprimé». Et de signaler: «nous avons enregistré un cas où l'ajout d'un rinçage à l'alcool a généré un problème de mouillage qui s'est manifesté lors de l'application du vernis de tropicalisation». «La fabrication du circuit imprimé peut être en cause: des résines constitutives peuvent n'être qu'incomplètement polymérisées», renchérit Patrick Mellet (Iftec). Le passage au sans-plomb a favorisé l'émergence de tels problèmes: «l'augmentation de la température de brasage a pour conséquence la remontée en surface de substances qui auparavant, lors du brasage au plomb, demeuraient enfouies», constate M. Anglade. D'ailleurs, les essais de reproduction d'une mauvaise adhérence du vernis de tropicalisation sur le vernis épargne, essais menés par le groupe grenoblois PC2A –qui réunit des utilisateurs (Schweitzer, Techci…) et des fournisseurs (AB Chimie…) sur les thèmes de la mouillabilité et de l'adhérence des vernis épargne–, n'ont jamais abouti, selon Jean-Pierre Douchy (AB Chimie). Celui-ci rappelle sagement que si de tels problèmes se manifestent, il faut commencer par vérifier que le circuit imprimé n'est pas imbibé d'eau. S'il l'est, on chauffe pour éliminer l'humidité. Enfin,pourparerd'éventuellesvariationsd'adhérence des vernis épargne, «les vernis de tropicalisation sont qualifiés en fonction des vernis épargnes utilisés», précise Frédéric Gaboriau (Tronico). JEAN-PIERRE DOUCHY, Pdg d'AB Chimie Les vernis UV (ou résines UV car il n'y a pas de solvant) sont de plus en plus employés. Ce sont des résines solides qui polymérisent sous l'action des rayons ultra-violets. « Ce sont des polymères à basse viscosité qui durcissent aux UV », reformule M. Anglade (Humiseal). « Leur popularité vient de ce qu'ils ne dégagent pas de solvant, sont ininflammables et polymérisent en seulement quelques secondes, plus rapidement donc que les vernis acryliques solvantés », poursuit cet expert. « Les vernis UV présentent une excellente résistance aux agressions chimiques», complète M. Gerin (Samaro). « Notre vernis UV –qui a été le premier vernis UV commercialisé – est utilisable avec les machines Nordson Asymtek qui représentent plus de 90 % du marché hexagonal des robots de vernissage sélectif», tient à dire Jean-Pierre Douchy (AB Chimie). AB Chimie est aussi à l'origine de vernis UV aptes à polymériser tant avec des lampes à mercure (traditionnelles) qu'avec des lampes à Led. Or, « les lampes à Led ne génèrent pas d'ozone à la différence des lampes au mercure», insiste M. Douchy. Les vernis UV ont véritablement pris leur envol avec l'arrivée sur le marché de versions dites Dual Cure (526UV chez AB Chimie, UV40 chez Humiseal, par exemple), polymérisant en deux temps : d'abord aux UV (en 1 minute environ) puis, dans une seconde étape, à l'humidité. Ce qui leur permet, par exemple, d'être déposés « au trempé », c'est-à-dire par trempage de la carte électronique dans un bain de vernis. Alors que sans seconde polymérisation, l'impossibilité pour les rayons UV d'atteindre les zones d'ombres (zones situées sous les composants) condamnait le vernis UV déposé par trempage et placé dans ces zones ombrées à ne pas polymériser. Dans la pratique, aujourd'hui, « les fabricants de cartes en grandes séries, notamment ceux qui travaillent pour l'automobile, ont qualifié des vernis UV Dual Cure qu'ils utilisent en remplacement de vernis solvantés », note Patrick Mellet (Iftec). Et de conclure: «cette voie est très prometteuse ». Hélas, la perfection n'est pas de ce monde. Les vernis UV ont ainsi deux problèmes: ils ne sont pas réparables et ont encore des progrès à faire pour être facilement utilisables par les machines de vernissage sélectif (voir ci-après) . Les vernis Novatec créés par 3M sont déposables rapidement, en 2 à 3 minutes, sur tous types de composants –ce qui supprime les opérations de masquage. Ils polymérisent à température ambiante. “ AB Chimie a mis au point des vernis UV aptes à polymériser tant avec des lampes à mercure qu'avec des lampes à Led qui, contrairement aux lampes à mercure, ne génèrent pas d'ozone. Les législations environnementales bousculent l'offre Aujourd'hui, les vernis les plus utilisés sont par ordre: les vernis solvantés qui sont de longue date à la tête de ce classement ; les vernis UV dont la progression sur le marché est très rapide; puis les vernis à base aqueuse qui, comme les vernis UV, bénéficient de la mise en place de réglementations environnementales tendant à bannir les solvants. Les industriels dont les usines utilisent plus de 5 tonnes de COV par an doivent ainsi payer une taxe dont le montant est fonction de la pollution générée ou investir dans des équipements limitant les rejets polluants. Les entreprises qui utilisent peu de vernis solvantés sont évidemment moins concernées : pour donner une idée, «une usine travaillant pour l'électronique automobile utilisera entre 20000 et 40000 litres de solvants par an, ces derniers présentant un taux d'évaporation compris entre 80 et 90%; alors qu'un fabricant de cartes à destination de l'industriel n'en consommera par exemple que 2000 à 3000 litres», remarque M. Douchy (AB Chimie). Toujours est-il que «l'évolution plaide pour une diminution de l'utilisation des composés organiques volatils », pointe M. Gerin (Samaro). A noter que les vernis à eau peuvent être utilisés en remplacement de vernis UV quand le flashage aux UV est difficile; c'est notamment le cas du vernissage d'ensembles composés d'une carte mère et d'une carte fille, cette dernière constituant un écran empêchant les UV de passer. D'une manière générale, la progression d'une conscience écologique –qui, pour tout un chacun, inaugure une ère de croissance de l'altruisme ainsi que de souci des retombées au plan social de toute action individuelle– a pour conséquence l'interdiction de l'utilisation de substances dangereuses pour la santé. La directive européenne Reach a ainsi banni des substances cancérigènes parties prenantes de vernis : notamment le toluène –un diluant à séchage très rapide toujours utilisé hors d'Europe– et le xylène. « Humiseal n'a pas attendu Reach pour proposer des vernis non toxiques: pour chaque famille de produits, nous fournissons des alternatives non toxiques» , tient à déclarer Emmanuel Anglade. Et si le toluène est toujours présent au catalogue de cette société, c'est que des résines l'intégrant font toujours l'objet de demandes hors d'Europe. «Il y a 5 ans, nous avons mis au point une version non toxique de notre vernis acrylique ABR80, qui remplace notamment les vernis au toluène», remarque, quant à lui, M. Douchy (AB Chimie). Le groupe 3M annonce, pour sa part, que dès les années 1990, il a devancé le protocole de Kyoto et les réglementations environnementales en mettant au point des molécules d'hydrofluoroéher « inoffensives pour la couche d'ozone et à très faible conséquence en terme de réchauffement climatique ». Aujourd'hui, pour les cartes électroniques, 3M propose des vernis à base de polymères fluorés acryliques (fluoroacrylates) et de solvants de type HFE (HydroFluoroEther) – qui remplacent les CFC. Référencés 2704 et 2708, ces vernis sont déposables rapidement, en 2 à 3 minutes, sur tous types de composants –ce qui supprime les opérations de masquage– et polymérisent à température ambiante ( voir encadré: Les vernis 3M ). En conclusion, « l'avenir plaide pour la disparition progressive des vernis à base solvant et par leur remplacement par des vernis à eau ou des vernis UV », prévoit M. Anglade (Humiseal). Ce sont surtout les vernis UV que semble favoriser l'avenir. Car leurs avantages sont multiples : ainsi, « ils n'occasionnent pas de perte lors de la dépose: 50µm déposés, ce sont 50 µm assurés », note M. Anglade. Alors que pour les vernis à solvant et à eau, « un dépôt d'épaisseur 100 µm ne se traduit que par une couche d'épaisseur 25µm». L'avenir peut aussi réserver des surprises: en effet, les chimistes étudient de nouveaux vernis solvantés à moindre teneur en COV. Ainsi, «Dow Corning reformule régulièrement ses produits », pointe Mickaël Gerin (Samaro). L'ADHÉRENCE DU VERNIS SUPPOSE une bonne énergie de surfaCe «Une bonne dépose du vernis de tropicalisation suppose une énergie de surface supérieure à38dynes/cm 2 »,indique Mr Anglade (Humiseal). Dans la pratique, pour mesurer cette énergie de surface, on utilise un stylo mesureur (calibré à 38 dynes/cm 2 ). «On marque la surface à l'encre et on observe le mouvement de la tâche: si elle se rétracte, c'est que l'énergie de surface est inférieure à 38 dynes/cm 2 ; dans le cas contraire, on peut affiner en utilisant un stylo calibré à 40 dynes/cm 2 ,etc.», explique cet expert. MANUEL DA SILVA, directeur général du sous-traitant A2E «Le choix du procédé de vernissage est fonction du masquage à réaliser, du type de vernis choisi et de la surface à vernir», résume Manuel Da Silva (A2E). Doté d'une bonne expertise en vernissage, ce sous-traitant en électronique propose toutes les technologies de vernissage à ses clients. “ Le masquage est loin d'être une opération anodine. Le coût du masquage et du démasquage peut s'avérer supérieur à celui du vernissage proprement dit. Le vernissage est encore majoritairement manuel Les outils servant à appliquer les vernis sont le pinceau, l'aérosol, le pistolet (utilisé manuellement ou via robot), le trempé (trempage de la carte dans un bac) et le robot de vernissage sélectif – qui évite théoriquement le masquage des composants. « Certains vernis sont recommandés avec un type d'application mais en jouant sur la dilution, c'est-à-dire la viscosité du vernis, ils peuvent être appliqués avec les autres procédés », remarque d'emblée Jean-Marc Thomelier, directeur des ventes d'Addis Electronics, distributeur des équipements de vernissage Dima. Néanmoins, il y a des restrictions : « l'utilisation de vernis polymérisant aux UV ou à l'humidité est plutôt réservée aux procédés automatiques ; appliquer au pinceau un vernis réticulisant à l'humidité s'avère peu pratique… », note avec humour Jacques Mycke, spécialiste du vernissage chez Nordson Asymtek. «Les vernis réagissant à l'humidité sont aussi moins aptes au trempage », ajoute cet expert. De la même façon, les résines UV et le trempé ne font pas bon ménage : « la couche superficielle de résine durcit sous l'effet de l'exposition aux UV de la lumière naturelle », explique Emmanuel Anglade (Humiseal). Néanmoins, même s'il recule, le trempé reste toujours d'actualité. Des sous-traitants continuent d'investir dans ce procédé : TIS Circuits nous a ainsi annoncé qu'il allait se doter d'un équipement de vernissage au trempé. Pour l'application de ses revêtements Novec (vernis à solvants HFE), 3M recommande le trempage en conseillant toutefois que «la cuve soit dotée d'une zone froide en partie haute de façon à limiter les pertes par évaporation du solvant » . En outre, les systèmes de trempage progressent : « le contrôle des paramètres s'effectue en continu ; le contrôle des cartes est réalisé avant le vernissage puis après le vernissage, et tout est enregistré» , annonce ainsi Frédéric Pier-son, responsable technique chez Orion Industry, distributeur des équipements de vernissage au trempé du fabricant allemand GTL (Knödel). «L'utilisation de vernis polymérisant aux UV ou à l'humidité est plutôt réservée aux procédés automatiques; appliquer au pinceau un vernis réticulisant à l'humidité s'avère peu pratique…», note Jacques Mycke, spécialiste du vernissage chez Nordson Asymtek, premier fournisseur d'équipements de vernissage sélectif de l'Hexagone. Pour les vernis, le choix d'un procédé d'application se fait à partir de la prise en compte de plusieurs facteurs : quantité de cartes à vernir, surface et densité en composants de ces cartes, proximité ou non de composants de tailles très différentes sur la carte, importance des zones d'ombres, vernis utilisé, conception ou non de la carte en fonction d'un procédé de vernissage (cas du trempé, par exemple, où les connecteurs –qui ne doivent pas être vernis–, sont regroupés près d'un bord de la carte), exigences du client et, évidemment, équipements de vernissage et vernis disponibles chez le fabricant ou le sous-traitant. « Le choix est fonction du masquage à réaliser, du type de vernis choisi et de la surface à vernir », résume Manuel Da Silva, directeur général d'A2E, une PME de sous-traitance en électronique dotée d'une bonne expertise en vernissage. La quantité de cartes à vernir est un paramètre clé : ainsi, pour les petites séries et/ou les petites cartes, on utilise le pinceau ou l'aérosol. Cette opération doit s'effectuer sous hotte aspirante individuelle présentant « une vitesse d'aspiration comprise entre 0,4 et 1m/s», précise Frédéric Gaboriau (Tronico). Pour les quantités moyennes, on préfère le pistolet et le trempé. Le pistolet semble aujourd'hui le procédé le plus utilisé. C'est le cas chez ATPV, sous-traitant du Maine-et-Loire spécialisé en vernissage de cartes électroniques: «le pistolet assure une meilleure dépose du vernis sur la carte; en outre, le rendu esthétique est excellent », déclare Cindy Bonsergent-Vacher, responsable qualité et sécurité chez ATPV. Tronico indique, quant à lui, qu'il utilise préférentiellement le pistolet même si ce dernier oblige «à masquer toutes les surfaces qui ne doivent pas être vernies (plan de masse, connecteurs, Led, visserie, plots de test, doigts de contact…)» . Car le masquage est loin d'être une opération anodine: «le coût du masquage et du démasquage peut s'avérer supérieur à celui du vernissage proprement dit », souligne Manuel Da Silva (A2E). In fine, «Le pistolet est intéressant pour les petites séries de cartes à forte densité de composants qui ne peuvent pas passer par le vernissage sélectif» , selon Eolane. Toutefois, l'utilisation du pistolet n'est pas toujours possible car cet outil n'admet pas n'importe quel vernis : « il faut une viscosité inférieure à 150 cps », remarque Jacques Mycke (Nord-son Asymtek). En pratique, pour des raisons de sécurité et de santé de l'opérateur, le vernissage au pistolet s'effectue dans une cabine aspirante. La température y est strictement contrôlée car «elle influe sur la viscosité du vernis qui, elle, conditionne la qualité et l'épaisseur du dépôt», note Frédéric Gaboriau (Tronico). Pour que le vernissage colle au mieux à la topographie de la carte, le pistolet dispose de plusieurs réglages: pour la pression, la largeur et la forme du jet. « Il s'agit d'obtenir un brouillard de vernis à la fois stable et le plus fin possible», annonce M. Gaboriau. Dans la pratique, Tronico utilise des pistolets pneumatiques alimentés en vernis via la gravité «de façon à éviter le bullage» . Le bullage est la formation de bulles d'air dans le vernis. Quant au vernissage au trempé (voir ci-avant), il est utilisé pour les moyennes et grandes séries de cartes. Pour les grandes séries, on privilégie toutefois et de plus en plus le robot de vernissage sélectif. Encore que : « en Asie où le coût de la main-d'œuvre est peu élevé, on choisit parfois le pistolet pour le vernissage de grandes séries de cartes », remarque M. Anglade (Humiseal). L'ifteC propose une formation AU VERNISSAGE DES CARTES ÉLECTRONIQUES L'Iftec, institut de formation aux techniques et aux procédés de fabrication des cartes électroniques, organise, du 28 au 30 octobre prochain, dans ses locaux de Bourg-la-Reine (92), un séminaire de formation sur le thème «Nettoyage et vernissage des cartes électroniques». Ce séminaire a pour objectif de décrire les problèmes pouvant apparaître sur les cartes électroniques brasées présentant des résidus de flux, et de montrer l'intérêt du nettoyage et du vernissage, ainsi que de détailler les procédés et les produits utilisés pour ces deux opérations. Ce séminaire permettra aussi d'aborder les risques chimiques et de sécurité via l'analyse de l'étiquetage, des fiches de sécurité ainsi que de la législation. La partie consacrée au vernissage expliquera l'intérêt du vernissage, ce que sont les vernis, leurs propriétés et leurs performances, et précisera les critères de sélection d'un vernis. Elle passera en revue les diverses méthodes d'application et de retrait des vernis. La formation inclut des travaux pratiques. Pour toute information, contacter: l'Iftec, e-mail: iftec@iftec.fr; site web: www.iftec.fr Le vernissage sélectif intéresse de plus en plus de PME Le vernissage sélectif automatisé qui est réalisé via un robot permet théoriquement de supprimer les opérations de masquage et de démasquage des composants ne supportant pas le vernissage. « Certains composants, comme les Led, les capteurs et les connecteurs, ne doivent pas être vernis; d'autres sont si petits et si fragiles que la dilatation de tout vernis placé sous eux les détériore. Dans ces deux cas où le masquage s'avérerait fastidieux, le vernissage sélectif s'impose», remarque Jean-Marc Thomelier (Addis Electronics). En outre, «le démasquage peut causer des fissures dans le film de vernis », pointe Jacques Mycke (Norsdson Asymtek). Séduisant, le vernissage sélectif automatisé a toutefois des limites: «il n'est envisageable que si la topographie de la carte autorise des éclaboussures entre zone à vernir et zone à épargner », prévient BMS Circuits. Dans le même esprit: «il ne faut pas vernir trop près des zones à épargner car le vernis s'étale ; il pourrait, par exemple, remonter par capillarité dans les connecteurs », remarque M. Gaboriau (Tronico). Et simultanément, pour éviter le plus possible les retouches au pinceau, « il faut approcher le plus possible du composant, à distance de 1mm», rappelle Eolane… « Les clients demandent toujours plus de précision dans le placement du vernis ainsi qu'une réduction de la bande séparant les zones à vernir des zones à ne pas vernir. Et ils sont de plus en plus nombreux à souhaiter des produits de type gel capables de réduire voire de stopper l'écoulement du vernis dans les zones interdites », explique Jacques Mycke (Nord-son Asymtek). Dans la pratique, il semble que les opérations de masquage et de démasquage sont évitables en même temps que les retouches sont minimisées quand les robots de vernissage sélectif sont équipés de deux sortes de têtes de dépose: à rideau pour appliquer le film sur une grande largeur, et à microjet pour délivrer de petites quantités de vernis avec une grande précision. «Un bon vernissage repose sur la stabilité de la largeur de jet, sur la stabilité de la pression de l'alimentation en vernis, sur la rapidité de réponse de l'électrovanne commandant la dépose de vernis, ainsi que sur la précision en X, Y et Z», résume Frédéric Gaboriau, ingénieur process en charge du vernissage chez Tronico. THIERRY BLANCHE, Pdg de MJB, distributeur des équipements PVA Technologies « Bien qu'il existe des valves relativement généralistes, il est souvent préférable de bénéficier d'un catalogue complet permettant d'optimiser le process en fonction du produit et de l'objectif à atteindre » , renchérit Thierry Blanche, Pdg de MJB, distributeur des équipements PVA Technologies. «Le problème demeure dans le cas où on utilise des têtes à jet large avec des cartes à densité de composants élevée», conclut M. Mellet (Iftec). Les fabricants interrogés nous ont indiqué qu'ils sont très souvent obligés de procéder à des retouches au pinceau. Distribué par Excelsius, Nordson Asymtek représente 90% du marché français des équipements de vernissage sélectif. Parmi les sociétés que nous avons interrogées, TIS Circuits, BMS Circuits et Eolane nous ont indiqué utiliser des matériels Nordson Asymtek. TIS s'appuie sur la plate-forme phare de Nordson, la SL-940 E qui fonctionne chez ce sous-traitant avec une tête SC200 et une tête SC400. “ PVA Technologies met l'accent sur la flexibilité de la machine de façon à assurer des changements aisés de process et/ou de vernis, essentiels pour les productions occidentales orientées Hi-Mix/ Low-Volume. La facilité et la rapidité de reprogrammation et de reréglages de la machine de vernissage sélectif en cas de changement de vernis et/ou de cartes à vernir sont réclamées par ces mêmes utilisateurs. « Les changements de réglages liés à l'utilisation d'un autre vernis représentent une opération délicate», déplore ainsi Manuel Da Silva (A2E). Souvent d'ailleurs, les sous-traitants réservent à la machine de vernissage sélectif un vernis utilisable sur une grande partie des cartes qu'ils assemblent. Tronico par exemple dédie un des quinze vernis dont il se sert à son robot; de même pour Eolane. Ces robots sont ainsi réglés pour la viscosité du vernis retenu. Malgré tout, c'est la programmation relative à la topographie de la carte qui demeure la programmation la plus longue, surtout lorsqu'il y a une grande densité de composants ainsi que des alternances de petits et de grands composants sur la carte. Les fabricants sont très conscients de ces demandes et tachent d'y répondre au mieux : «PVA Technologies met l'accent sur la flexibilité de la machine de façon à assurer des changements aisés de process et/ou de vernis, essentiels pour les productions occidentales orientées Hi-Mix/ Low-Volume » , annonce Thierry Blanche (MJB). Il pointe notamment «la facilité et la rapidité de changement de valve, à un tarif correct, de façon à s'adapter parfaitement à la chimie du produit utilisé ». Patrick Mellet (Iftec) remarque de surcroît que «la programmation du matériel est d'autant plus aisée que les concepteurs de la carte ont prévu un vernissage sélectif ». Les réponses que nous avons reçues révèlent que pour les utilisateurs un « bon vernissage sélectif » suppose que plusieurs critères soient remplis: «“un bon vernissage” repose sur la stabilité de la largeur de jet, sur la stabilité de la pression de l'alimentation en vernis, sur la rapidité de réponse de l'électrovanne commandant la dépose de vernis, ainsi que sur la précision en X, Y et Z», souligne M. Gaboriau (Tronico). «La précision en X, Y et Z est notamment importante pour éviter tout choc entre l'applicateur de vernis et les composants de la carte », ajoute-t-il. De façon similaire, BMS Circuits met l'accent sur «la précision de la machine (±50µm, par exemple), le contrôle de la largeur du jet (par laser, par exemple) et le contrôle du débit de l'air et du fluide». «La rapidité de la dépose ne constitue qu'un atout supplémentaire », note Jean-Marc Thomelier (Addis). TIS Circuits indique que la machine Nordson SL-940 E qu'il utilise «présente une vitesse de déplacement de 1m/s». Distribué par Addis, Dima propose des solutions «de fabrication 100% hollandaise». Le HC200 de Dima est un équipement 4 axes, assurant la dépose de fluide (underfill…), l'enrobage et le vernissage; il inclut jusqu'à 4 valves et peut être configuré pour fonctionner en îlot ou en ligne. La panoplie du vernisseur L'offre en robots de vernissage sélectif évolue. « Les équipements de vernissage sélectifs évoluent notamment en précision, facilité de programmation, flexibilité (prise en charge d'une grande variété de produits) et optimisation des couples vernis/ valves», estime Thierry Blanche (MJB/PVA Technologies). Ils ont aussi tendance à devenir polyvalents: outre le vernissage, ils permettent de plus en plus le collage, le potting (enrobage) et l' underfilling (placement d'une résine de stabilisation thermomécanique). Ce qui optimise l'investissement de l'acheteur. MJB propose de tels matériels PVA de table et en ligne à caractéristiques identiques excepté en ce qui concerne le chargement/ déchargement (manuel ou automatisé). Le « en ligne » serait de plus en plus demandé, selon M. Thomelier (Addis) : « cela évite la présence d'un opérateur pour les seules opérations de chargement-déchargement de la machine ». En outre, « le convoyage automatique vers les stations de flashage ou de séchage améliore la qualité en permettant une stabilisation du vernis avant manipulation », remarque M. Blanche (MJB). L'offre PVA Technologies s'étend des machines de table (PVA350) à des systèmes automatisés dédiés aux grandes séries (PVA650). Elle inclut notamment la solution PVA6000 fabriquée sur mesure en fonction des cartes utilisées (jusqu'aux plus grandes telles les cartes d'éclairage à Led). Les robots PVA embarquent plusieurs valves sur le portique, ce qui permet plusieurs process en simultané. Dima, distribué par Addis, propose lui aussi des solutions stand-alone et en ligne, « toutes de fabrication 100% hollandaise ». Le HC200 de Dima est un équipement 4 axes, assurant la dépose de fluide ( underfill …), l'enrobage et le vernissage ; il inclut jusqu'à 4 valves et peut être configuré pour fonctionner en îlot ou en ligne. Quant à Nordson Asymtek, distribué par Excelsius, il représente 90 % du marché français des équipements de vernissage sélectif. D'ailleurs, parmi les sociétés que nous avons interrogées, TIS Circuits, BMS Circuits et Eolane nous ont indiqué utiliser des matériels Nordson Asymtek. TIS s'appuie sur une plate-forme Nordson SL-940 E (gamme Select Coat 940) équipée d'une tête SC200 et d'une tête SC400 (pour application hautement sélective). Cette plate-forme permet l'ajustement de la largeur de jet en fonction des variations de viscosité pendant le vernissage, le contrôle de la viscosité et la surveillance du débit. La pression de l'air et les pressions des fluides sont contrôlées par des vannes électroniques commandées par logiciel. Les paramètres du process peuvent être enregistrés pour assurer la traçabilité des opérations. Sont proposés en options, une caméra facilitant l'apprentissage de la programmation des opérations et un système de reconnaissance de forme améliorant la précision de positionnement du vernis. Au final, les robots de vernissage sélectifs semblent avoir la cote : « depuis les 18 derniers mois, de plus en plus de PME semblent s'intéresser à ces machines », remarque M. Douchy (AB Chimie). « Face aux coûts des opérations manuelles et face aux risques dus à l'exposition des opérateurs aux produits chimiques –notamment aux diluants –, les entreprises envisagent de plus en plus d'automatiser le vernissage », renchérit M. Thomelier (Addis). «Chez Tronico, nous sommes attentifs à l'évolution des robots sélectifs, car nous recherchons à automatiser le plus possible le vernissage et à minimiser les retouches », déclare M. Gaboriau. dépose et séChage rapides POUR LES VERNIS ACRYLIQUES 3M Devançant le protocole de Kyoto et nombre de réglementations environnementales, 3M a, dès les années 1990, mis au point des molécules d'hydrofluoroéthers (HFE) qui sont à la base des revêtements Novec inoffensifs pour la couche d'ozone et à très faible conséquence en termes de réchauffement climatique. L'offre 3M de vernis pour cartes électroniques inclut les revêtements Novec 2704 et 2708 : ce sont des vernis ininflammables à base de polymères fluorés acryliques (fluoroacrylates) et de solvants HFE – qui remplacent les CFC. Ces vernis peuvent être déposés avec une très faible épaisseur (de l'ordre du micron) ; leur tension de surface étant faible, ce dépôt est aisé et total. Ainsi, deux à trois minutes suffisent pour réaliser un dépôt total sur une carte (par trempage). Ces produits peuvent aussi être déposés par pulvérisation (pistolet, aérosol) ou via une seringue. Point n'est besoin d'élévation de température pour leur durcissement. Etant chimiquement et électriquement inertes, ces revêtements peuvent être appliqués sur les composants – y compris les connecteurs. Ce qui supprime le masquage. Il est possible de réaliser les tests électriques au travers de ces vernis ainsi que de souder sans enlever ces films protecteurs. Si nécessaire, on peut aussi retirer le film protecteur via trempage dans une solution de diluant Novec. «Toutes ces caractéristiques aboutissent à une amélioration significative de l'opération de vernissage», estime 3M. Enfin, ils intègrent un traceur UV pour le contrôle de recouvrement. Un bémol toutefois: la faible épaisseur de dépôt (de l'ordre du micron) limite la capacité d'isolement électrique. 3M présentera sa gamme de vernis Novec lors de Brasage 2014 (Brest, du 21 au 23 mai 2014). La quête chimique du vernis idéal Outre les équipements strictement dédiés à l'opération de vernissage (pinceaux, pistolets, systèmes de trempage, robots de vernissage sélectif), le vernisseur doit investir dans d'autres matériels : cabines aspirantes (pour le vernissage au pistolet…) et/ou hottes aspirantes (pinceau), enceintes de dégazage pour l'évaporation des solvants, étuves et/ou fours (IR, UV, convection) pour la polymérisation du vernis… Il faut y ajouter des matériels de contrôle et de test : mesureurs d'épaisseur du dépôt de vernis, lampes noires pour la mise en évidence des recouvrements (pour les vernis à traceurs UV)… Le contrôle de l'épaisseur du vernis s'effectue à partir de deux procédés distincts : le « peigne » et « les courants de Foucault ». La méthode du peigne consiste à appuyer un peigne à dents de longueurs différentes sur une zone test de la carte : en le retirant et en observant les dents qui sont humides, on déduit l'épaisseur de vernis déposé. « Ce procédé est toutefois peu précis. On lui préfère, un système de mesure électronique par courants de Foucault préconisée par l'IPC », annonce M. Pellet (Iftec). Comme elle s'appuie sur les courants de Foucault, cette méthode impose de réserver des coupons de test métalliques ou une zone métallique sur la carte. Quant aux tests finaux, ce sont des contrôles optiques manuels ou automatiques à partir de traceurs (UV, par exemple) présents dans le vernis. La lumière appliquée dessine une image, en violet, qui précise l'épaisseur et l'homogénéité de la dépose. A noter qu'aucune machine ne mesure à proprement parler l'épaisseur de vernis déposé. Forte d'une vingtaine d'employés, ATPV est une PME spécialisée dans le vernissage des cartes électroniques. Elle traite quelque 600000 cartes par an. La société propose une trentaine de vernis. Et toutes les opérations sont manuelles, ce qui convient très bien aux petites séries de cartes complexes que l'entreprise prend en charge. Les vernis et le vernissage –notamment sélectif– font l'objet de nombreuses recherches. Des fournisseurs de vernis et des fabricants d'équipements de vernissage travaillent en partenariat. AB Chimie et Humiseal étudient de nouvelles solutions de vernissage sélectif pour vernis UV en liaison avec Nordson Asymtek et P VA Te c h n o l o g i e s . Les recherches vont également bon train pour l'amélioration des vernis de tropicalisation. Pour Jean-Marc Thomelier (Addis): «le vernis idéal est celui qui résiste aux températures extrêmes (-55 °C, + 200 °C) et aux agressions chimiques (en provenance notamment des huiles hydrauliques et des carburants). Il est facilement réparable et présente un faible coefficient de dilatation… Un tel vernis ne sera pas disponible avant longtemps!». (1) Selon le Larousse, la tropicalisation est une préparation d'un matériau ou d'un matériel pour le rendre pratiquement insensible à l'action du climat tropical, en particulier des moisissures et de la corrosion. (2) Autonivelant : terme initialement utilisé dans le bâtiment pour qualifier un béton. Un béton autonivelant est un béton autoplaçant (béton très fluide mis en place par gravité) qui permet d'obtenir une surface horizontale sans qu'un régalage (une égalisation de la surface) soit nécessaire. LE VERNISSAGE DE CARTES ÉLECTRONIQUES: un métier À risque Le vernissage des cartes électroniques est une activité à risque car certains solvants sont classés CMR (Cancérogène Mutagène Reprotoxique). Les opérateurs doivent se protéger des éclaboussures via gants, lunettes et blouses. Le port du masque élimine l'inhalation de vapeurs. Et le vernissage est réalisé dans une pièce ventilée dotée d'un extracteur d'air, ou sous une hotte aspirante (vitesse d'aspiration de l'air: 0,5m/s). Le vernissage peut nécessiter la mise en place d'une zone à risque d'explosion, dite Atex, qui oblige à en ôter tout matériel électrique et tout point chaud. AB Chimie note que l'AVR80BA n'est pas nocif pour la santé, un produit nocif étant défini comme causant des troubles irréversibles. Toutefois, lors de son utilisation, le port du masque, la ventilation et l'extraction d'air restent obligatoires, l'odeur de ce vernis rappelant celle du vernis à ongle. Avant toute opération, il faut étudier la fiche de données de sécurité du vernis utilisé. Enfin, le suivi médical peut être accentué pour les opérateurs concernés comme chez TIS Circuits certifié OHSAS (Occupational Health and Safety Assessment Series) 18001 ce qui qualifie la gestion de la santé et de la sécurité au travail au sein d'une entreprise.

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