Conception d'appareils électroniques pour des conditions difficiles

Nous attendons beaucoup de nos produits, en particulier de nos produits électroniques. Pensez-y : les téléphones portables, les vêtements, les appareils médicaux - pour une raison ou une autre, nous pensons qu'ils doivent continuer à fonctionner après avoir été immergés dans un liquide, laissés à l'extérieur par des températures glaciales ou être tombés sur du béton depuis une position debout.

Avec l'aimable autorisation de Handheld

C'est parfois le cas. Nous laissons tomber un téléphone intelligent dans la baignoire, puis nous le plaçons dans un sac de riz en espérant que tout ira bien. Souvent, cependant, même Uncle Ben's ne peut pas sauver votre pauvre téléphone maltraité. Mais ce n'est pas parce que le concepteur n'a pas anticipé votre maladresse.

Tout concepteur de produits digne de ce nom conçoit des produits qui protègent les composants électroniques afin qu'ils résistent à tous les abus possibles et imaginables, et bien plus encore. Prenons l'exemple d'un téléphone intelligent ou d'un ordinateur portable. Le produit doit fonctionner, que l'utilisateur se trouve sur un bureau à Atlanta, dans un entrepôt en Californie ou dans une usine au Viêt Nam.

L'entreprise suédoise Handheld fabrique de tout, des appareils portatifs robustes aux tablettes robustes de haute performance. Les produits ont généralement la même apparence et le même fonctionnement que leurs équivalents de tous les jours, mais ils peuvent être un peu plus lourds ou plus volumineux. Les différences reposent généralement sur des modifications de la conception et des ajustements des matériaux utilisés pour fabriquer le produit.

Le site web de Handheld regorge d'informations intéressantes sur la manière dont ils créent des produits robustes. Voici quelques-unes des méthodes utilisées pour fabriquer des ordinateurs robustes :

• Plutôt que d'utiliser des disques durs rotatifs, leurs ordinateurs sont équipés de disques durs à semi-conducteurs qui résistent aux chocs physiques.
• Leurs ordinateurs contiennent des renforts, souvent en aluminium, pour empêcher les composants et les cartes intérieures de fléchir en cas d'impact. Le boîtier extérieur et les pare-chocs sont conçus pour absorber l'énergie d'une chute, minimisant ainsi les dommages internes.
• Les écrans d'ordinateur robustes utilisent un verre renforcé chimiquement pour éviter les rayures ou les fissures. L'écran est rétroéclairé pour améliorer la lisibilité à l'extérieur.
• Certains ordinateurs sont équipés d'un chauffage interne pour fonctionner à des températures extrêmement froides. Le chauffage est capable de se débarrasser de la condensation qui peut se produire lors d'un changement de température.

Concevoir des produits électroniques pour des conditions difficiles nécessite de comprendre l'environnement dans lequel le produit fonctionnera, les exigences du client et les normes ou spécifications courantes de l'industrie.

CONCEPTION POUR LES CONDITIONS DIFFICILES

Exemples de conditions difficiles

• Variations de température
• Températures extrêmes, chaudes ou froides
• Poussière et autres particules
• Conditions de combustion
• Humidité, hygrométrie ou submersion
• Vibrations régulières ou irrégulières
• Impacts soudains ou continus
• Surtensions, qu'elles soient naturelles (foudre) ou provoquées par l'homme.

Questions à poser lors de la conception de produits électroniques

1. À quoi sert le produit ?
2. Où sera-t-il utilisé ?
3. Y a-t-il des températures extrêmes ?
4. Quelle est l'ampleur des fluctuations de température ?
5. Le produit doit-il être étanche à l'eau ou à l'air ?
6. Quelle doit être l'étanchéité de ces joints ?
7. À quel type de pression physique doit-il résister ?
8. Quelle doit être la dureté du boîtier ?
9. Quelle doit être sa légèreté ?
10. Le produit doit-il être fabriqué selon des normes spécifiques ?
    1. Protection contre les infiltrations (IP), National Electrical Manufacturers Association (NEMA), Atmosphères potentiellement explosives (PEA).

Normes spécifiques

Les produits conçus pour des environnements difficiles peuvent devoir répondre aux normes suivantes :

• La protection contre les infiltrations (IP) couvre à la fois l'humidité et les particules.
• Les indices IP sont affichés à l'aide de deux chiffres (voir ci-dessous). Le premier chiffre indique la protection contre la poussière et les particules. Le deuxième chiffre indique la protection contre les liquides.
• MIL STD 810g est une norme utilisée par l'armée américaine pour tester les équipements dans une variété de conditions extrêmes ou de chocs.

QUELLES SONT LES EXIGENCES DE LA NORME MIL STD 810G ?

La norme MIL STD 810g comprend 28 méthodes de test différentes dans les scénarios suivants

• Haute température
• Basse température
• Pluie
• Humidité
• Sable/poussière
• Immersion
• Vibrations
• Chocs

Bien que cette norme ait été initialement créée pour des produits destinés à des applications militaires, la norme MIL STD 810g a également fait son chemin dans les applications commerciales. Cependant, aucune organisation ou agence commerciale ne certifie la norme MIL STD 810g. Chassis Plans, un fabricant d'ordinateurs robustes et d'écrans LCD pour l'armée, a publié un livre blanc intéressant expliquant la norme MIL STD 810g et la manière dont elle a été appliquée (et mal appliquée) dans des contextes commerciaux.

COMMENT INTERPRÉTER LES INDICES DE PROTECTION CONTRE LES INFILTRATIONS (IP)

Ce tableau, publié avec l'aimable autorisation de superbrightled.com, illustre la manière dont les indices IP sont appliqués et interprétés :

QUE SONT LES REVÊTEMENTS CONFORMES ?

La plupart des produits électroniques comprennent des cartes de circuits imprimés (PCBA), des cartes en fibre de verre sur lesquelles sont fixés des composants qui sont ensuite pulvérisés ou "peints" avec des revêtements conformes pour garder les circuits secs et exempts de poussière. Le revêtement conforme est un moyen peu coûteux de maintenir le fonctionnement des composants électroniques dans des environnements qui ne sont pas idéaux. Il existe cinq principaux types de revêtements conformes, chacun ayant ses avantages et ses inconvénients . Le choix du revêtement dépend de l'application de votre produit électronique et des exigences de fonctionnalité de l'application.

Résine uréthane (UR)

Les résines uréthanes peuvent être des substances à une ou deux parties.

Avantages

• Grande résistance chimique
• Bonne résistance à l'humidité
• Résistance à l'usure mécanique

Inconvénients

• Difficile à enlever
• Risque d'écaillage
• Temps de durcissement souvent longs
• L'utilisation d'un fer à souder pour les travaux de reprise peut laisser une teinte brune.

Résine acrylique (AR)

Les résines acryliques sont des polymères acryliques préformés qui ont été dissous dans un solvant (source : ACI Technologies). Il s'agit généralement de substances monocomposantes.

Avantages

• Facile à appliquer et à enlever
• Facilite les travaux de reprise ou de réparation
• Pas de rétrécissement pendant le processus de durcissement
• Option abordable

Inconvénients

• Faible résistance aux produits chimiques et aux solvants
• Faible résistance à l'abrasion
• Pas idéal pour les environnements difficiles
• Pas idéal pour les applications à haute température

Résine époxy (ER)

Les revêtements uréthanes sont généralement des composés à deux composants, bien que des variétés à un composant soient égalementdisponibles.

Avantages

• Grande résistance à l'abrasion et à l'humidité
• Grande résistance aux produits chimiques
• Bonne résistance à l'humidité
• Excellentes performances dans les environnements difficiles

Inconvénients

• Difficile à enlever
• Rétrécissement pendant le processus de durcissement
• Le fer à souder est nécessaire pour les travaux de reprise ou de réparation.

Résine de silicone (SR)

Les revêtements à base de résine de silicone sont des composés monocomposants qui sont souvent choisis pour les produits électroniques soumis à des plages de températures extrêmes.

Avantages

• Bonne tenue aux températures extrêmes
• excellente résistance à l'humidité et à la corrosion
• bonne résistance chimique
• Adhère bien à la plupart des composants/matériaux des circuits imprimés.

Inconvénients

• Très difficile à enlever
• L'enlèvement nécessite des décapants chimiques puissants et une abrasion sévère.
• Réparations localisées uniquement

Parylène (XY)

Les revêtements en parylène sont appliqués par un procédé appelé dépôt chimique en phase vapeur. Le parylène devient un gaz lorsqu'il est chauffé. Après refroidissement, il est placé dans une chambre à vide, où il se polymérise et se transforme en film. Le film est placé sur les composants électroniques.

Avantages

• Meilleure résistance aux solvants et aux températures extrêmes de tous les revêtements
• Résistance diélectrique élevée
• Le revêtement se forme à température ambiante ; aucun temps de durcissement n'est nécessaire
• transparent et incolore

Inconvénients

• Difficile à enlever ; doit être enlevé par abrasion
• Équipement spécialisé nécessaire pour le dépôt chimique en phase vapeur
• N'est pas idéal pour une exposition prolongée à l'extérieur