• Méthodes de mise à la terre et de blindage en électronique : avantages et limites des CPSA et autres techniques

    personne présentant une méthode de mise à la terre et de blindage

    Les appareils électroniques, tous types confondus, deviennent plus compacts et plus puissants. Ils fonctionnent à des fréquences plus élevées, avec des composants intégrés dans des agencements denses et rapprochés. Partout dans le monde, les ingénieurs recherchent donc des matériaux plus performants et plus efficaces pour garantir la fiabilité des systèmes électriques.

    Tour d’horizon des méthodes les plus courantes, ainsi que des techniques avancées de mise à la terre et de blindage

    • Icône en ligne bleue représentant des fixations mécaniques

      Fixations mécaniques

      Des fixations comme les vis métalliques sont utilisées depuis longtemps pour assurer la mise à la terre des composants et fermer les cages métalliques.

      Avantages : les fixations métalliques pour la mise à la terre et le blindage offrent une excellente résistance mécanique et assurent une conduction fiable du courant électrique.

      • Inconvénients : les fixations mécaniques peuvent être sensibles à la corrosion et aux vibrations. Elles nécessitent des structures métalliques plus épaisses pour garantir la stabilité, ainsi que le perçage de trous taraudés, ce qui n’est pas toujours possible sur de petits composants ou en cas de contraintes d’espace. Elles compliquent également l’accès à certains éléments, comme les capots de blindage, rendant les réparations ou modifications plus fastidieuses.
    • Icône en ligne bleue représentant un appareil de soudure

      Soudure

      Ce procédé, qui consiste à faire fondre un métal d’apport dans une jonction, est utilisé depuis des décennies pour créer des liaisons conductrices et mécaniquement stables entre composants. Il reste une solution courante, car le point de fusion de la soudure est généralement inférieur à celui des matériaux environnants.

      Avantages : la soudure peut contenir des métaux conducteurs efficaces comme l’étain, l’argent ou le cuivre, ce qui permet de créer facilement et efficacement des plans de masse homogènes dans les systèmes électriques.

      • Inconvénients : les nouvelles soudures sans plomb peuvent atteindre un point de fusion allant jusqu’à 220 °C, ce qui les rend peu adaptées aux composants électroniques sensibles. De plus, les joints soudés sont permanents, ce qui complique les modifications et peut générer des coûts supplémentaires.
    • Icône en ligne bleue représentant des broches à ressort

      Broches à ressort

      • Généralement fabriquées en acier ressort, les broches à ressort utilisent la compression et la force radiale pour maintenir deux composants en contact. Lorsqu’elles sont comprimées, une tension interne s’accumule dans la broche. Une fois relâchée, cette tension exerce une pression entre les composants, limitant les risques de cisaillement, de glissement ou de vibration.

        Avantages : les broches à ressort conviennent bien aux applications nécessitant un contact électrique avec une force moindre par rapport aux méthodes de fixation permanente. Elles ne nécessitent généralement pas de matériel complémentaire et peuvent être retirées ou remplacées assez facilement.

        • Inconvénients : elles ne sont pas adaptées aux applications demandant une forte adhérence. Elles sont plus sensibles aux forces axiales que d’autres méthodes. En outre, elles sont généralement soudées sur le circuit imprimé à une extrémité (voir section sur la soudure).
    • Icône en ligne bleue représentant un éclair au-dessus d’une surface, symbolisant les mousses conductrices électriques

      Mousses conductrices électriques

      Les mousses intégrant des matériaux conducteurs sont hautement compressibles.

      Avantages : les mousses conductrices offrent une alternative légère aux fixations mécaniques comme les vis ou les boulons. Leur forte compressibilité les rend idéales pour combler des écarts larges ou irréguliers, des situations souvent complexes en matière de mise à la terre et de blindage. Les joints en mousse sont fréquemment laminés avec un adhésif conducteur, garantissant une conduction fiable et continue, ainsi qu’un blindage EMI efficace au niveau des interfaces. Les mousses sont également compatibles avec les systèmes automatisés de type pick and place.

      • Inconvénients : les mousses sont plus sensibles aux environnements chimiques agressifs et peuvent se dégrader avec le temps.
    • Icône en ligne bleue représentant un revêtement métallique par évaporation

      Revêtements métalliques par évaporation

      • Les techniciens appliquent un matériau tel qu’un métal liquide directement sur la plaque. Ce matériau, comme une pâte d’argent, contient un solvant qui s’évapore sous l’effet de la chaleur. Il en résulte une couche conductrice, fine et homogène, sur la surface traitée.

        Avantages : cette technique est bien adaptée à la mise à la terre et au blindage de composants à l’échelle de la carte. Elle permet d’obtenir un film très uniforme, garantissant des performances constantes, avec une excellente adhérence au substrat.

        • Inconvénients : les revêtements par évaporation nécessitent un équipement très spécialisé. Le processus peut donc être long et coûteux, en particulier pour les dispositifs basse fréquence qui demandent une couche métallique plus épaisse ou plusieurs applications. De plus, ces revêtements n’acceptent pas toujours l’ajout d’éléments complémentaires comme des feuilles adhésives.
    • Icône en ligne bleue représentant l’application d’un adhésif sur une surface

      Adhésifs conducteurs bicomposants

      Généralement composés de résines époxy en deux parties, ces adhésifs conducteurs sont mélangés puis appliqués à l’aide d’un équipement de dosage spécifique. Le durcissement se fait soit à température ambiante, soit par chauffage.

      Avantages : contrairement aux fixations mécaniques, les adhésifs permettent de créer une liaison continue sur toute la surface de contact. Ils forment aussi des liaisons permanentes à des températures bien plus basses que la soudure.

      • Inconvénients : les époxys exigent un mélange et une application très précis. Le moindre défaut au niveau de la ligne de collage peut entraîner des fuites EMI, notamment dans les appareils électroniques compacts et puissants fonctionnant à haute fréquence.

    Adhésifs conducteurs sensibles à la pression (CPSA)

    Les CPSA sont de plus en plus utilisés dans les applications électroniques comme solution de mise à la terre et de blindage EMI. Ils sont généralement proposés sous forme de rubans ou laminés à une mousse conductrice pour former un joint conducteur. 3M développe ce type de matériau depuis les années 1980.

    Avantages : plus fins et plus légers que les fixations mécaniques, les CPSA sont simples à utiliser grâce à leur format en ruban. Il suffit de les décoller et de les appliquer, sans chaleur, compétences particulières ni équipement spécifique. Ils offrent une excellente efficacité de blindage et une mise à la terre fiable, même dans les espaces restreints. Compatibles avec les systèmes d’assemblage automatisés, ils sont souvent à base d’acrylique. 3M propose également une version en polyoléfine, avec les mêmes performances, mais une durée de stockage prolongée. En apprendre plus sur le ruban conducteur simple face 3M™ 5113SFT ici.

    • Exemple de charges métalliques conductrices dans l’adhésif
      • Plus d’informations sur les CPSA 3M : ils sont proposés sous forme de rubans transfert adhésif pour des designs ultraconformables, de rubans simple face pour le blindage et la couverture, ainsi que de rubans double face pour la mise à la terre entre deux substrats et le blindage des interstices de collage. Des rubans en tissu ou en feuille, contenant différents types de charges conductrices, sont disponibles dans plusieurs configurations pour répondre aux exigences spécifiques des designs. Ces CPSA se découpent facilement, permettant de créer des chemins de mise à la terre sur des zones de contact difficiles à atteindre avec des fixations mécaniques ou même une soudure. Ils sont également proposés laminés sur des matériaux de joint, ce qui augmente la conductivité sous compression, une excellente alternative aux broches à ressort ou aux élastomères, notamment lorsque les jeux varient le long des interfaces collées.

        Les charges métalliques conductrices intégrées à l’adhésif renforcent la mise à la terre et limitent les fuites EMI au niveau des lignes de collage. Ces charges, disponibles en différents métaux comme le nickel, l’argent ou l’or, sont réparties dans toute la masse de l’adhésif pour garantir une conductivité élevée. Elles rendent ces rubans plus performants que les rubans conducteurs standard pour les applications de mise à la terre et de contrôle EMI, comparativement aux rubans électriques classiques.

    • image montrant un ruban conducteur standard associé à un circuit imprimé flexible et une surface de mise à la terre, ainsi qu’une image du 3M ECATT 9709SL mettant en évidence la façon dont les charges métalliques renforçent la conductivité

      Un autre avantage des CPSA réside dans leur utilisation possible en fin de processus de conception. Les ingénieurs peuvent rapidement optimiser les performances de l’appareil sans ajouter de fixations supplémentaires (et du poids ou de l'encombrement) ni de soudures. Ils contribuent également à éviter des retouches coûteuses, voire une refonte complète du système, liées aux EMI ou aux courants parasites.

      3M est un leader industriel dans le développement de rubans conducteurs équipés d’adhésifs conducteurs sensibles à la pression. Nous proposons des rubans et joints conducteurs avec une large gamme de supports et de charges conductrices.

      3M aide les ingénieurs à choisir le CPSA adapté à leurs applications spécifiques. Pour en savoir plus et contacter un expert 3M, consultez notre page dédiée au blindage et à la mise à la terre EMI.