Encapsulation des capteurs en silicone : choix des matériaux, adhérence et essais de protection IP

L'encapsulation en silicone protège les capteurs et leurs connexions électroniques contre l'humidité, la poussière, les vibrations, les chocs, les produits chimiques et les variations de température. Elle est utilisée dans les capteurs automobiles, les appareils électroniques destinés à un usage extérieur, les transmetteurs industriels, les dispositifs médicaux, les systèmes de batteries, les appareils électroménagers et les équipements IoT.

Cependant, le fait de recouvrir un capteur de silicone ne le rend pas automatiquement étanche. Le matériau d'encapsulation doit adhérer au boîtier, au circuit imprimé, aux fils et aux inserts sans endommager les composants sensibles ni entraver la fonction de détection.

Pour garantir une encapsulation fiable des capteurs, les ingénieurs doivent coordonner :

• Principe de fonctionnement du capteur
• Dureté et module de silicone
• Viscosité et écoulement
• Chimie du durcissement
• Propriétés électriques et thermiques
• Adhérence sur chaque support
• Épaisseur de l'enrobage
• Sorties de câbles et de connecteurs
• Dispositif de décharge de traction mécanique
• Exposition environnementale
• Essais IP de l'ensemble complet

Qu'est-ce que l'encapsulation des capteurs en silicone ?

Le terme “ encapsulation ” peut désigner plusieurs méthodes de fabrication différentes.

Enrobage au silicone

Un composé de silicone liquide est injecté dans un boîtier, puis durci autour du circuit imprimé et des composants.

Le rempotage convient aux :

• Remplir les espaces irréguliers
• Protection des assemblages électroniques
• Réduction des vibrations
• Isolation des conducteurs apparents
• Étanchéification des cavités internes

Encapsulation dans un gel de silicone

Un gel de silicone très souple enveloppe les composants électroniques fragiles tout en exerçant une contrainte minimale.

Les gels sont utiles pour :

• Dispositifs MEMS
• Liaisons par fil de haute précision
• Modules de puissance
• Composants électroniques sensibles à la pression
• Composants soumis à la dilatation thermique

Dow, par exemple, décrit le DOWSIL EG-4175 comme un gel de silicone auto-amorçant à durcissement par addition destiné aux modules électroniques, aux capteurs industriels et aux actionneurs. Gel de silicone DOWSIL EG-4175

Surmoulage au silicone

Le caoutchouc de silicone liquide est moulé par injection autour d'un capteur, d'un boîtier ou d'un insert.

Le surmoulage permet de créer :

• Géométrie externe contrôlée
• Joints intégrés
• Dispositif de décharge de traction pour câble
• Caractéristiques de montage
• Une surface aux finitions soignées

Le capteur et les composants électroniques doivent résister à la pression de moulage et à la température de durcissement.

Revêtement conforme

Une fine couche de silicone est appliquée à la surface du circuit imprimé. Elle offre une protection contre l'humidité et la contamination, mais n'assure pas le même soutien mécanique ni ne comble entièrement les vides, contrairement à l'enrobage.

Manchon ou cache en silicone moulé

Un composant en silicone distinct est monté sur le capteur. Cette approche permet le remplacement et la réparation, mais nécessite une interface d'étanchéité mécanique fiable.

Commencez par la fonction « Capteur »

Avant de choisir un matériau, déterminez ce que le capteur doit détecter.

Un capteur peut devoir être exposé directement à :

• Pression atmosphérique
• Pression du liquide
• Humidité
• Gaz
• Lumière
• Son
• Champs magnétiques
• Chaleur
• Contrainte mécanique

Le fait d'encapsuler la zone active peut réduire la sensibilité, retarder la réponse ou empêcher complètement le fonctionnement.

La conception doit diviser l'ensemble en :

• Zones devant être entièrement encapsulées
• Zones nécessitant une membrane mince et contrôlée
• Zones nécessitant une fenêtre optique ou acoustique
• Zones qui doivent rester ouvertes
• Zones nécessitant une ventilation
• Interfaces électriques et mécaniques

Capteurs de pression

Un capteur de pression peut nécessiter un orifice ou un diaphragme flexible qui transmet la pression à l'élément de détection.

Parmi les facteurs de conception importants, on peut citer :

• Épaisseur de la membrane
• Diamètre de la membrane
• Module de silicone
• Rigidité dépendante de la température
• Volume d'air emprisonné
• Plage de pression
• Temps de réponse
• Dérive du point zéro

Une couche de silicone épaisse ou dure peut modifier le transfert de pression et entraîner une erreur d'étalonnage.

Capteurs de température

Le silicone peut protéger un capteur de température, mais l'épaisseur de l'encapsulation et la conductivité thermique ont une incidence sur le temps de réponse.

Un boîtier plus épais peut améliorer la protection mécanique tout en ralentissant la réponse thermique du capteur.

Valider :

• Temps nécessaire pour atteindre la température souhaitée
• Erreur de mesure de la température
• Cycles thermiques
• Auto-échauffement
• Transfert thermique à travers le boîtier

Capteurs optiques

Les capteurs optiques peuvent nécessiter l'utilisation de silicone transparent.

Critique :

• Transmission optique à la longueur d'onde de fonctionnement
• Indice de réfraction
• Brume
• Jaunissement
• Bulles
• Finition de surface
• Sous-produits de la cure
• Exposition aux UV
• Adhérence au cristallin ou à la vitre

Un matériau qui semble transparent à l'œil nu peut ne pas présenter une transmission suffisante dans les longueurs d'onde ultraviolettes ou infrarouges.

Capteurs d'humidité et de gaz

Les capteurs d'humidité et de gaz nécessitent généralement une exposition contrôlée à l'atmosphère ambiante.

Voici quelques solutions possibles :

• Encapsuler de manière sélective uniquement les composants électroniques
• Laisser l'élément de détection à l'air libre
• Utilisation d'une membrane poreuse protectrice
• Création d'un conduit de ventilation dédié
• Séparation de la chambre de détection et de la chambre électronique

La barrière environnementale ne doit pas bloquer les molécules que le capteur est censé détecter.

Capteurs acoustiques et à ultrasons

Le silicone modifie l'impédance acoustique et l'amortissement. L'encapsulation peut décaler la résonance, réduire l'amplitude ou modifier la réponse directionnelle.

Testez l'ensemble complet sur toute la plage de fréquences prévue.

Choix d'un encapsulant à base de silicone

Le choix du matériau doit être effectué en fonction des exigences électriques, mécaniques, thermiques et environnementales.

Viscosité et écoulement

Les matériaux à faible viscosité s'écoulent dans des interstices étroits et contournent les petits composants.

Parmi les avantages potentiels, on peut citer :

• Meilleur comblement des vides
• Distribution plus facile
• Réduction de l'air emprisonné
• Amélioration de la couverture au niveau des composants

Parmi les inconvénients possibles, on peut citer :

• Fuites par les interstices du boîtier
• Débit dans les orifices de détection
• Migration vers les contacts
• Difficulté à maintenir une épaisseur constante

Les matériaux à viscosité plus élevée restent plus facilement en place, mais peuvent retenir de l'air autour des composants ou ne pas parvenir à combler les espaces étroits.

Dureté et module de Young

Un matériau à faible module de rigidité réduit les contraintes exercées sur les joints de soudure, les composants céramiques, les liaisons par fil et les structures MEMS sensibles.

Un élastomère plus dur offre les avantages suivants :

• Meilleure résistance aux chocs
• Meilleure tenue
• Résistance à l'abrasion améliorée
• Un soutien mécanique accru

Cependant, une rigidité excessive peut transmettre les mouvements du boîtier et les contraintes liées à la dilatation thermique au capteur.

Le DOWSIL EE-3200 est un exemple de produit d'encapsulation souple et à faible contrainte, conçu pour combler de petits interstices tout en réduisant les contraintes internes dans les assemblages électroniques. DOWSIL EE-3200 : produit d'encapsulation à base de silicone à faible contrainte

Ne choisissez pas le matériau en vous basant uniquement sur la dureté Shore. Examinez le comportement complet en termes de contrainte-déformation et testez le capteur encapsulé une fois assemblé.

Chimie de la polymérisation

Parmi les systèmes à base de silicone courants, on peut citer :

• Silicone à durcissement par addition
• Silicone à durcissement par condensation
• Silicone monocomposant à durcissement par humidité
• Silicone à deux composants durcissant à température ambiante
• Silicone à durcissement thermique
• LSR moulable

Le système de soins concerne :

• Temps de travail
• Vitesse de durcissement
• Température de durcissement
• Production de sous-produits
• Adhérence
• Équipement requis
• Risque d'inhibition de la cicatrisation
• Débit de production

Silicone à durcissement par addition

Les systèmes à durcissement par addition permettent un durcissement propre et garantissent des propriétés stables, mais certains contaminants peuvent entraver le durcissement.

Parmi les problèmes de compatibilité potentiels, on peut citer :

• Matériaux contenant du soufre
• Certaines amines
• Certains adhésifs
• Quelques résidus de flux
• Contamination par du silicone durci à l'étain
• Gants ou produits de nettoyage non homologués

Effectuez un test de compatibilité de durcissement avec chaque substrat de production et chaque produit chimique utilisé dans le processus.

Silicone à durcissement par condensation

Les matériaux à durcissement par condensation peuvent être pratiques pour une mise en œuvre à température ambiante, mais ils peuvent dégager des sous-produits de durcissement. Les sections épaisses et les géométries confinées peuvent se durcir différemment des couches minces exposées.

Confirmer :

• Profondeur de durcissement
• Compatibilité des sous-produits
• Risque de corrosion
• Évacuation
• Performances électriques finales

Durcissement à chaud

La chaleur peut raccourcir le cycle de fabrication, mais elle risque d'endommager les batteries, les aimants, les plastiques, les adhésifs, les éléments d'étalonnage ou les composants sensibles à l'humidité.

Le capteur doit être homologué pour l'ensemble du profil temps-température.

Proportions de mélange et dégazage

Les matériaux à deux composants nécessitent un dosage précis et un mélange minutieux.

Les erreurs de mélange peuvent entraîner :

• Guérison incomplète
• Zones molles ou collantes
• Variation de la valeur immobilière
• Mauvaise adhérence
• Contamination électrique
• Baisse du rendement de production

Le dégazage sous vide ou le mélange statique contrôlé peuvent réduire la quantité d'air emprisonné. Il convient toutefois d'éviter d'appliquer un vide excessif, qui pourrait provoquer une expansion imprévue des composants volatils ou des fluides emprisonnés.

Conductivité thermique

Le silicone standard n'est pas forcément un bon conducteur thermique. Les formulations chargées peuvent améliorer le transfert thermique, mais peuvent présenter les inconvénients suivants :

• Viscosité plus élevée
• Une plus grande dureté
• Augmentation de la densité
• Transparence réduite
• Nouveau tassement de la matière de remplissage
• Comportement d'adhérence différent

L'encapsulation thermoconductrice est utile lorsque les composants électroniques du capteur génèrent de la chaleur ou nécessitent un couplage thermique avec un boîtier.

Cela peut s'avérer indésirable lorsque l'élément de détection nécessite une isolation thermique.

Propriétés électriques

Pour les capteurs électroniques, consultez :

• Rigidité diélectrique
• Résistivité volumique
• Constante diélectrique
• Facteur de dissipation
• Contamination ionique
• Résistance à l'arc
• Suivi de la résistance
• Indice d'inflammabilité

Les valeurs indiquées dans les fiches techniques sont généralement mesurées dans des conditions spécifiques concernant les échantillons et l'environnement. Vérifiez les propriétés électriques requises après durcissement, exposition à l'humidité et vieillissement thermique.

Remédier au retrait et à la dilatation thermique

Même les matériaux à faible retrait peuvent générer des contraintes lorsqu'ils sont collés entre des composants présentant des coefficients de dilatation thermique différents.

Parmi les combinaisons de substrats courantes, on peut citer :

• Silicone
• Aluminium
• Acier inoxydable
• Cuivre
• Céramique
• Verre
• FR-4
• PBT
• PA
• PC
• ABS
• Époxy

Le stress peut se concentrer au niveau :

• Angles vifs des composants
• Transitions de l'épais au fin
• Sorties de câbles
• Insérer des bords
• Murs de l'habitation
• Diaphragmes de capteurs

Utilisez un matériau à faible module d'élasticité, une géométrie lisse et une épaisseur d'encapsulation contrôlée afin de réduire les contraintes.

Exigences en matière d'adhésion

L'adhérence peut empêcher l'eau de s'infiltrer le long de la jonction entre le silicone et le boîtier.

Les substrats requis peuvent inclure :

• Boîtier métallique
• Boîtier en plastique
• Masque de soudure pour circuit imprimé
• Verre
• Céramique
• Isolation des fils
• Inserts de connecteurs
• Fenêtres optiques

Une même formulation de silicone peut adhérer parfaitement à un substrat et très mal à un autre.

Propreté des surfaces

La contamination est l'une des causes les plus courantes de défaillance d'adhérence.

Parmi les contaminants potentiels, on peut citer :

• Agents de démoulage
• Huile d'usinage
• Empreintes digitales
• Poussière
• Plastifiant
• Résidus de flux
• Huile de silicone
• Résidus de produit nettoyant
• Humidité
• Couches d'oxyde

Le processus de nettoyage en production doit être documenté et contrôlé.

Une surface qui semble propre peut néanmoins comporter un film qui empêche l'adhérence.

Préparation de la surface

En fonction du support, la préparation peut comprendre :

• Nettoyage au solvant
• Nettoyage à l'eau
• Traitement au plasma
• Traitement contre le coronavirus
• Abrasion contrôlée
• Application de l'apprêt
• Préchauffage
• Séchage

Le traitement de surface a une durée de vie utile limitée. Les pièces doivent être encapsulées dans les délais de traitement validés après le traitement.

Apprêts

Un apprêt peut améliorer l'adhérence entre le silicone et une surface difficile, qu'il s'agisse de plastique, de métal ou de verre.

Le processus doit permettre de contrôler :

• Type d'apprêt
• Épaisseur de l'enduit
• Couverture
• Temps de séchage
• Contamination
• Durée de conservation
• Stockage
• Température de durcissement

Un excès d'apprêt peut migrer vers les zones électriques ou optiques, tandis qu'une couverture insuffisante peut entraîner un décollement localisé.

Silicone auto-adhésif

Certaines formulations de silicone sont conçues pour adhérer sans nécessiter d'apprêt spécifique.

L'auto-adhérence peut simplifier la production, mais elle dépend tout de même des éléments suivants :

• Chimie des substrats
• Propreté des surfaces
• Conditions de guérison
• Pression de contact
• Épaisseur de l'enrobage
• Environnement vieillissant

Vérifier l'adhérence sur des substrats de production plutôt que sur des plaques d'échantillons génériques.

Verrouillage mécanique

L'adhérence ne doit pas toujours supporter la totalité de la charge mécanique.

Les dispositifs de rétention mécaniques peuvent inclure :

• Contre-dépouilles
• Trous traversants
• Rainures
• Côtes
• Brides
• Inserts perforés
• Ancrages encapsulés

Le verrouillage mécanique s'avère particulièrement utile au niveau des sorties et des entrées de câbles exposées à des forces de traction ou à des vibrations.

Méthodes d'essai d'adhérence

La norme ASTM D429 couvre plusieurs méthodes de mesure de l'adhérence statique entre le caoutchouc et des substrats rigides, principalement des métaux. Elle permet d'obtenir des données comparatives utiles au développement et au contrôle de la production, à condition que des échantillons appropriés puissent être préparés. ASTM D429-14 (2023)

Dans le cadre d'un projet portant sur des capteurs, définissez un échantillon d'essai spécifique à l'application permettant de reproduire :

• Substrat de production
• Finition de surface
• Nettoyage
• Introduction
• Épaisseur du silicone
• Processus de durcissement
• Exposition au vieillissement

Enregistrez à la fois la résistance de l'assemblage et le mode de rupture.

Défaillance de l'adhérence

Le silicone se détache proprement du support. Cela indique généralement un problème d'interface ou de préparation de surface.

Rupture cohésive

Le silicone se déchire tandis que le matériau reste collé au support. Cela indique que l'interface est plus résistante que le silicone à cet endroit.

Défaillance du substrat

Le plastique, le revêtement ou tout autre substrat cède avant le joint en silicone.

Le mode de rupture peut fournir des informations plus utiles pour le développement que la force maximale seule.

Géométrie d'encapsulation

Épaisseur contrôlée

Évitez les grandes différences d'épaisseur non maîtrisées. Les zones épaisses peuvent :

• Une approche différente de la guérison
• Retenir la chaleur
• Augmentation du coût des matières premières
• Générer une contrainte thermique
• Bulles de piégeage

Les zones très fines peuvent ne pas recouvrir les composants ou ne pas offrir une protection diélectrique suffisante.

Des transitions en douceur

Utilisez des rayons et des transitions progressives d'épaisseur autour de :

• Bords des circuits imprimés
• Inserts
• Sorties de câbles
• Coins de logement
• Fenêtres de capteurs
• Caractéristiques de montage

Les angles vifs peuvent retenir l'air et concentrer les contraintes.

Voies d'évacuation de l'air

Le sens de remplissage doit permettre de diriger l'air vers les évents de régulation plutôt que de le retenir sous les composants.

Réfléchissez à ceci :

• Lieu de distribution
• Présentation des logements
• Vitesse de remplissage
• Assistance par aspiration
• Espacement des composants
• Position de la prise d'air
• Réservoir de trop-plein

Espace de débordement et d'expansion

Prévoir un espace adapté pour permettre les variations de volume des matériaux et la dilatation thermique. Tout débordement non maîtrisé peut entraîner la contamination des connecteurs, des surfaces de détection ou des éléments de fixation.

Sorties de câbles et de fils

Les points de sortie des câbles sont des zones où les fuites et la fatigue se produisent fréquemment.

La conception doit inclure :

• Contact contrôlé entre le silicone et la gaine
• Dispositif de décharge de traction mécanique
• Rayon de courbure progressif
• Dispositif de positionnement de fil
• Longueur d'encapsulation adéquate
• Isolation de fil compatible
• Validation de la force de traction

L'eau peut s'infiltrer le long des brins conducteurs individuels ou entre la gaine du câble et le matériau d'enrobage. Il convient donc d'évaluer la structure complète du câble.

Interfaces de connecteurs et de broches

Évitez que le silicone ne coule sur :

• Contacts électriques
• Surfaces de contact
• Fonctions de verrouillage
• Points de test
• Ports d'étalonnage

Utilisez des vannes d'arrêt, des masques, des bouchons amovibles ou des barrières spécifiques.

Scellage par adhérence ou par compression

Une interface en silicone collée peut empêcher les fuites, mais les variations de fabrication et le vieillissement peuvent entraîner un délaminage local.

Dans la mesure du possible, associez l'adhésion à :

• Compression radiale
• Un bourrelet d'étanchéité axial
• Verrouillage mécanique
• Un chemin en labyrinthe
• Maintien dans le logement

Une stratégie d'étanchéité redondante est plus fiable que le fait de se fier uniquement à une interface collée plane.

Essais de protection de la propriété intellectuelle

La norme CEI 60529 classe les niveaux de protection offerts par les boîtiers électriques contre l'accès, les corps étrangers solides et l'eau. IEC 60529, version consolidée

Un produit d'encapsulation ne se voit pas attribuer d'indice IP en tant que tel. Cet indice s'applique à l'ensemble complet soumis aux essais, comprenant :

• Boîtier de capteur
• Encapsulation au silicone
• Câble
• Connecteur
• Évent
• Membrane
• Objectif
• Interface de montage
• Joints de raccordement

Un composé de silicone étanche ne peut pas compenser un connecteur non étanche ou un orifice de détection ouvert.

Exigences en matière de propriété intellectuelle dans le secteur automobile

Pour les capteurs utilisés dans les véhicules routiers, la norme ISO 20653 définit les codes de protection IP ainsi que les essais de validation applicables aux boîtiers des équipements électriques automobiles. ISO 20653:2023

Avant de concevoir l'encapsulation, vérifiez quelle norme, quel niveau de protection et quelles conditions de montage le client exige.

Voies de fuite courantes des capteurs

Chemin de fuite	Cause possible
Interface entre le silicone et le boîtier	Contamination, faible adhérence ou contraintes thermiques
Sortie de câble	Incompatibilité de la gaine, déplacement ou longueur d'encapsulation insuffisante
Interface de connexion	Accouplement incomplet ou joint endommagé
Autour de broches métalliques	Mauvais mouillage ou incompatibilité entre les coefficients de dilatation thermique
Ligne de joint du moule	Remplissage partiel, irrégulier ou incomplet
Vide interne	Air emprisonné en communication avec l'extérieur
Membrane de capteur	Déchirure, épaisseur excessive ou mauvaise adhérence
Fenêtre optique	Problème d'adhérence ou contamination de surface
Circuit de ventilation	Membrane inadaptée ou ouverture non contrôlée
Fissure dans le logement	Contrainte de surmoulage ou contrainte thermique

Méthodes de contrôle d'étanchéité

Essais de chute de pression

Le capteur encapsulé est mis sous pression, isolé et surveillé afin de détecter toute perte de pression.

Définir :

• Pression d'essai
• Temps de stabilisation
• Volume interne
• Durée de l'examen
• Température
• Dégradation maximale autorisée
• Fuite au niveau des fixations

Essais de décroissance sous vide

On applique un vide et on surveille la variation de pression après l'isolation.

La direction de déformation pouvant différer de celle observée lors d'un essai sous pression positive, il convient de choisir la méthode en fonction des conditions réelles d'exploitation.

Essais d'immersion dans un bain de bulles

Un ensemble sous pression est immergé et inspecté afin de détecter la présence éventuelle de bulles.

Cette méthode permet de localiser les fuites, mais il convient de contrôler la pression, la profondeur d'immersion et la durée d'observation.

Essais au gaz traceur

Les méthodes utilisant des gaz traceurs permettent de détecter des fuites plus infimes que la technique d'immersion dans l'eau. La limite d'acceptation doit être mise en corrélation avec les exigences réelles d'exploitation.

Essais fonctionnels d'étanchéité à l'eau

Effectuez l'essai de pulvérisation, de jet ou d'immersion requis alors que le capteur est monté dans son orientation prévue.

Après le test, vérifiez à la fois l'absence d'humidité interne et le bon fonctionnement du capteur.

Pré-conditionnement environnemental

Un capteur récemment encapsulé peut réussir un test IP, mais échouer après un certain temps de vieillissement.

Répéter les essais d'étanchéité après une exposition aux conditions environnementales concernées.

Variation de température

La norme CEI 60068-2-14 définit des essais de variation de température destinés à évaluer les effets de transitions spécifiées de la température ambiante sur les composants et les équipements. IEC 60068-2-14:2023

Les cycles thermiques peuvent mettre en évidence :

• Perte d'adhérence
• Fissures dans le logement
• Fuite au niveau de l'interface filaire
• Dérive d'étalonnage
• Séparation de l'encapsulant

Chaleur humide

La norme CEI 60068-2-78:2025 définit les essais de chaleur humide en régime permanent visant à étudier l'effet d'une humidité élevée à température constante. IEC 60068-2-78:2025

Les essais d'humidité doivent inclure des mesures électriques et fonctionnelles, et ne pas se limiter à une simple inspection visuelle.

Vibration

La norme CEI 60068-2-6 définit une méthode d'essai par vibrations sinusoïdales permettant de détecter les faiblesses mécaniques et la dégradation des performances des composants et des équipements. IEC 60068-2-6:2007

Les vibrations peuvent entraîner :

• Fatigue du fil métallique
• Délamination
• Mouvement du connecteur
• Fissures autour des inserts rigides
• Dommages aux soudures internes

Exposition à des produits chimiques

En fonction de l'application, exposez l'ensemble à :

• Huiles
• Carburants
• Fluides de refroidissement
• Produits de nettoyage
• Produits détergents
• Eau salée
• Désinfectants
• Sueur
• Produits chimiques de traitement

Mesurer les variations de dureté, de volume, d'adhérence, de fuites et de performances des capteurs.

Étalonnage du capteur après encapsulation

L'encapsulation peut modifier la réponse du capteur même en l'absence de fuite.

Vérifier :

• Décalage nul
• Sensibilité
• Linéarité
• Hystérésis
• Temps de réponse
• Compensation de température
• Bruit
• Dérive

Il convient de vérifier l'étalonnage :

• Avant l'encapsulation
• Après durcissement
• Après le post-durcissement
• Après les cycles thermiques
• Après une exposition à l'humidité
• Après les vibrations
• Après les tests IP

Risques liés au procédé de surmoulage

Le surmoulage LSR permet d'obtenir une géométrie externe précise, mais expose le capteur à :

• Pression d'injection
• Serrage du moule
• Température élevée
• Vide
• Positionnement de l'insert
• Débit de silicone
• Chimie du durcissement

Les capteurs fragiles peuvent nécessiter :

• Traitement à basse pression
• Supports pour inserts de protection
• Baisse de la température du moule
• Support à cavité contrôlée
• Encapsulation par étapes
• Le moulage par enrobage plutôt que le moulage par injection

Positionnement de l'insert

Les capteurs, les circuits imprimés et les câbles doivent rester en place pendant le remplissage.

Utilisation :

• Nids mécaniques
• Fonctionnalités de Datum
• Supports amovibles
• Canaux de passage des câbles
• Goupilles de positionnement
• Vérification par vision industrielle automatisée

Un mauvais positionnement des inserts peut entraîner une encapsulation insuffisante, des orifices obstrués ou des conducteurs exposés.

Contrôle des processus de fabrication

Un processus d'encapsulation contrôlé doit permettre de surveiller :

• Lot de matériaux
• Conditions de stockage
• Proportions de mélange
• Qualité du mixage
• Poids de distribution
• Dégazage sous vide
• Temps de remplissage
• Temps de travail
• Température du moule ou du boîtier
• Temps de durcissement
• Post-durcissement
• Application de l'apprêt
• Durée du traitement de surface
• Propreté des pièces

Inspection des vides

Les vides peuvent réduire la protection diélectrique, créer des voies de pénétration de l'humidité ou concentrer les contraintes.

Les méthodes d'inspection comprennent :

• Inspection visuelle des matériaux transparents
• Radiographie
• Tomographie par ordinateur industrielle
• Échographie
• Découpage
• Comparaison des poids
• Contrôles électriques
• Contrôle d'étanchéité

Toutes les bulles internes n'entraînent pas nécessairement une défaillance, mais les limites d'acceptabilité doivent être déterminées en fonction de leur emplacement, de leur taille et de leur fonction.

Contrôle de production

Parmi les contrôles possibles, on peut citer :

• Poids de l'encapsulant
• Hauteur de remplissage
• Couverture de surface
• Position du fil
• Dureté Shore sur des éprouvettes de référence
• Vérification de la guérison
• Échantillons d'adhérence
• Essai de chute de pression
• Essais d'isolation électrique
• Test de fonctionnement des capteurs
• Inspection visuelle

Dans le cadre d'une production à grand volume, les essais automatisés d'étanchéité et de fonctionnement permettent de détecter les dérives de processus plus tôt que les contrôles destructifs.

Erreurs courantes d'encapsulation

Échec	Cause probable	Orientation corrective
Le silicone reste collant	Erreur de mélange ou inhibition de la polymérisation	Examiner la manutention et la contamination
Bulles autour des composants	Mauvais dégazage ou géométrie favorisant la formation de poches d'air	Modification du sens de remplissage et du processus d'aspiration
Délamination par rapport au boîtier	Contamination ou surface incompatible	Améliorer le nettoyage, le traitement ou l'application de l'apprêt
Variations des valeurs mesurées par les capteurs	L'enrobant est trop rigide ou trop épais	Réduire le module ou modifier la géométrie de la zone active
L'eau circule le long du câble	Mauvaise adhérence de la gaine ou mouvement du câble	Ajouter un joint d'étanchéité mécanique et un dispositif de décharge de traction
Fissures dans le boîtier après des cycles de charge et de décharge	Contrainte due à la dilatation thermique	Utilisez un module plus faible et des transitions plus douces
Le connecteur est encrassé	Écoulement incontrôlé de silicone	Améliorer le contrôle de la fermeture, du masquage et de la distribution
Vides sous le circuit imprimé	Viscosité élevée ou remplissage rapide	Réduire la viscosité ou recourir à un remplissage sous vide
La puissance de sortie optique diminue	Turbidité, bulles ou jaunissement	Sélectionner un matériau de qualité optique et contrôler le durcissement
Le joint est initialement conforme, mais ne satisfait plus aux exigences après vieillissement	Perte d'adhérence ou déformation rémanente après compression	Ajouter un préconditionnement environnemental et procéder à une refonte
Mouvements d'insertion pendant le moulage	Fixation inadéquate	Améliorer le positionnement de l'insert et le soutien de la cavité
Surchauffe locale	Faible conductivité thermique ou épaisseur excessive	Examiner le chemin thermique et le choix du matériau d'encapsulation

Plan de validation

1. Définir la fonction du capteur

Identifiez les zones qui doivent rester exposées, souples, transparentes ou ventilées.

2. Sélectionner les documents des candidats

Comparez :

• Système de durcissement
• Viscosité
• Dureté
• Module
• Adhérence
• Conductivité thermique
• Propriétés diélectriques
• Plage de températures
• Compatibilité avec les fluides
• Exigences réglementaires

3. Réaliser des tests de compatibilité

Tester la durcissement et l'adhérence sur tous les supports de production, revêtements, fils, adhésifs et résidus de nettoyage.

4. Réaliser des assemblages prototypes

Utiliser un échantillon représentatif de la production :

• Boîtiers
• PCB
• Câbles
• Connecteurs
• Traitements de surface
• Procédé de distribution ou de moulage

5. Réaliser les tests initiaux

Mesure :

• Adhérence
• Fuite
• Isolation électrique
• Étalonnage des capteurs
• Résistance à la traction
• Qualité visuelle

6. Conditionnement environnemental

Effectuer les essais obligatoires relatifs à la température, à l'humidité, aux vibrations et aux produits chimiques.

7. Répéter les tests IP et fonctionnels

Vérifiez l'étanchéité, l'adhérence et l'étalonnage des capteurs après chaque exposition critique.

8. Production pilote

Suivre l'évolution par :

• Lot de matériaux
• Cavité du moule
• Tête de distribution
• Opérateur
• Terrain à bâtir
• Lot de capteurs

Liste de contrôle pour les appels d'offres

Veuillez fournir les informations suivantes lorsque vous demandez un devis pour une encapsulation de capteur en silicone sur mesure :

• Type de capteur et principe de fonctionnement
• Dessin en 2D et modèle en 3D
• Zones qui doivent rester à découvert
• Matériaux pour l'habitat et le substrat
• Revêtement des circuits imprimés et masque de soudure
• Matériaux pour fils et câbles
• Plage de températures de fonctionnement
• Code IP cible
• Exigences en matière de pression ou d'immersion
• Exposition à des substances chimiques
• Dureté ou module requis
• Exigence en matière de conductivité thermique
• Exigence en matière de transmission optique
• Exigences en matière de diélectrique
• Exigence d'adhésion
• Force de traction requise
• Limite de température de durcissement
• Pression d'injection maximale
• Tolérance d'étalonnage
• Exigence en matière d'inflammabilité
• Exigences réglementaires
• Volume de production annuel
• Exigences en matière d'inspection et de traçabilité

Si la méthode d'encapsulation n'a pas été choisie, veuillez fournir les spécifications complètes concernant l'ensemble du capteur et les exigences environnementales. Le fournisseur pourra alors comparer les différentes options : enrobage, encapsulation au gel, surmoulage et couvercle moulé séparément.

Foire aux questions

L'encapsulation en silicone rend-elle un capteur étanche ?

Pas nécessairement. L'étanchéité dépend de l'adhérence, de la géométrie du boîtier, des sorties de câbles, des connecteurs, des orifices d'aération et de l'ensemble du processus d'assemblage.

Le silicone plus souple est-il toujours préférable pour les capteurs ?

Le silicone souple réduit les contraintes mécaniques, mais peut offrir une résistance à l'abrasion ou un contrôle de la forme moindres. Le module approprié dépend du capteur et de l'environnement.

Le silicone peut-il recouvrir le diaphragme d'un capteur de pression ?

Oui, mais l'épaisseur et le module de la membrane peuvent influencer la sensibilité, le temps de réponse et l'étalonnage. Il est donc indispensable de procéder à des essais sur prototype.

Pourquoi le silicone se sépare-t-il du plastique ?

Parmi les causes possibles, on peut citer le détachement du moule, une faible énergie de surface, une contamination, un apprêt inadapté, un durcissement insuffisant ou des contraintes dues à la dilatation thermique.

Faut-il toujours appliquer une couche d'apprêt ?

Non. Certaines qualités de silicone auto-adhésif adhèrent sans apprêt, tandis que d'autres combinaisons de supports nécessitent un traitement au plasma ou un apprêt. Les supports destinés à la production doivent faire l'objet de tests.

Quelle est la différence entre l'enrobage et le surmoulage ?

L'enrobage consiste à remplir un boîtier avec un matériau liquide, généralement à une pression relativement faible. Le surmoulage permet de former une enveloppe externe en silicone autour du capteur à l'intérieur d'un moule.

La norme IP67 s'applique-t-elle au silicone ?

Non. L'indice de protection IP s'applique à l'ensemble complet du capteur testé, y compris son boîtier, ses câbles, ses connecteurs et ses ouvertures.

Quand faut-il procéder à des tests de propriété intellectuelle ?

Tester les assemblages initiaux et répéter le test après avoir soumis les échantillons à des cycles thermiques, à l'humidité, aux vibrations, à une exposition à des produits chimiques et à des contraintes mécaniques appropriés.

Comment éviter la formation de bulles ?

Il convient de veiller à un mélange correct, à un dégazage sous vide, à une vitesse de remplissage contrôlée, à une orientation adéquate du boîtier et à la mise en place de voies d'évacuation d'air adaptées.

Un capteur encapsulé peut-il être réparé ?

Les gélules souples et certains matériaux de moulage peuvent être retirés, tandis que le surmoulage collé est généralement difficile à retravailler. Définissez les critères de facilité d'entretien avant de choisir la méthode d'encapsulation.

Conclusion

Pour réussir l'encapsulation d'un capteur en silicone, il faut trouver un juste équilibre entre la protection contre les agressions extérieures et le bon fonctionnement du capteur. Le matériau doit épouser les contours des composants électroniques, adhérer à plusieurs substrats et rester suffisamment souple pour s'adapter aux mouvements thermiques et mécaniques.

Les performances de l'étanchéité doivent être vérifiées sur l'ensemble du capteur avant et après le conditionnement environnemental. Une sélection précoce des matériaux, des essais d'adhérence et la réalisation de prototypes fonctionnels permettent d'éviter le délaminage, les fuites et les dérives d'étalonnage pendant la production.

Veuillez nous envoyer le schéma de votre capteur, les matériaux du substrat, les conditions d'utilisation, l'indice de protection IP visé et les exigences d'étalonnage afin que nous puissions procéder à une analyse DFM (conception pour la fabrication) et à une évaluation du choix des matériaux pour l'encapsulation en silicone.