Hermetic sealing explained by Cinch
Lors de la conception de circuits pour des applications extérieures ou industrielles, la qualité des connexions entre les périphériques est extrêmement importante. Les connecteurs capables de sceller hermétiquement peuvent empêcher l'entrée de poussière, de liquides et même de gaz, prolongeant ainsi la qualité de la connexion. Cet article de Cinch explique les différents types de joints hermétiques disponibles et comment choisir le meilleur pour votre tâche.
Qu'est-ce que les joints hermétiques ?
Selon la mythologie grecque, le premier sceau hermétique aurait été créé par le dieu grec Hermès, qui aurait inventé un procédé de création de tubes en verre hermétiques. Indépendamment des origines du scellement hermétique, il s'agit toujours d'une technologie importante qui est abondamment utilisée aujourd'hui. Le scellement hermétique est le processus de création d'un sceau hermétique qui empêche les gaz, les liquides et les solides de passer. Il existe de nombreux types distincts de sceaux hermétiques, et ils peuvent avoir une grande variété de finalités selon l'application pour laquelle ils sont utilisés.
Dans le domaine de l'électronique, il existe des applications dans lesquelles un boîtier ou un logement peut nécessiter d'être isolé d'un autre. Cependant, il y a également souvent une exigence pour que l'énergie et les signaux électriques passent entre les deux, ce qui est généralement accompli grâce à des connecteurs. Le connecteur peut créer une vulnérabilité dans l'isolation entre les deux logements, permettant l'infiltration d'humidité et de gaz. Pour de nombreuses applications, il est impératif que les connecteurs soient spécialement conçus pour créer un joint hermétique afin de prévenir toute fuite.
Un exemple extrême où des connecteurs hermétiquement scellés sont nécessaires est dans les fours de Déposition Chimique en Phase Vapeur (CVD). Les connecteurs doivent empêcher les gaz contaminants de pénétrer dans l'assemblage. Cela permet aux systèmes de fonctionner dans des conditions environnementales contrôlées requises pour le traitement par lots. De plus, les connecteurs doivent pouvoir résister aux variations extrêmes de température, aux vibrations intenses, et à d'autres facteurs physiques pouvant accompagner le traitement industriel. Une défaillance du joint peut être catastrophique pour le lot et le système.
Types de joints hermétiques
Il existe plusieurs types de sceaux hermétiques. Ceux-ci incluent les sceaux en verre (sceau assorti), les sceaux de compression et les sceaux en époxy.
Les joints appariés sont le type de joints hermétiques le plus courant et offrent un joint économique, peu coûteux et pour travaux légers. Dans les joints appariés, le verre offre une forme rigide que le métal peut comprimer et contre laquelle il peut adhérer tout en fournissant un support pour les contacts. Ces joints appariés ne sont possibles que si le verre et le métal ont des coefficients de dilatation thermique similaires.
En revanche, les joints de compression offrent une étanchéité plus robuste pour des applications plus exigeantes. Ces joints peuvent avoir des coefficients de dilatation thermique différents, mais peuvent fonctionner de manière fiable dans des applications à haute pression. Ce sont les plus coûteux et nécessitent souvent des moules et des montages sur mesure pour être réalisés.
Stabilisateur époxy diméthyl-dihydroxy benzène (C8H10O2)
Figure 1
Enfin, les joints en époxy offrent une excellente méthode alternative de scellement hermétique. Ils adhèrent bien aux métaux, ont une haute résistance diélectrique, une bonne conductivité thermique et offrent une grande résistance aux matériaux corrosifs. Les avantages de l'utilisation d'un joint en époxy sont :
- Fortes attractions polaires – Les époxydes forment une liaison solide avec les oxydes de la surface métallique, empêchant la fuite de gaz ou de fluides dans des conditions de basse et haute pression.
- Haute résistance diélectrique – L'époxy peut supporter une haute tension sans se décomposer, permettant une densité de signal plus élevée.
- Bonne conductivité thermique – L'époxy transfère la chaleur loin des composants et réduit la surchauffe et la dégradation thermique.
- Large résistance chimique – L'époxy est inerte à la plupart des produits chimiques; par conséquent, il est moins corrosif et plus durable.
Test et performance de scellement hermétique
La performance d'un connecteur hermétiquement scellé est souvent évaluée par son taux de fuite, qui est mesuré en unités de centimètres cubes par seconde [cm3/sec]. Il s'agit d'une mesure du volume de gaz qui passera à travers un joint au fil du temps.
Selon l'application, différentes exigences seront nécessaires pour un joint hermétique. Par exemple, un joint hermétique sur un dispositif médical peut être censé avoir une durée de vie beaucoup plus longue et de meilleures performances qu'un joint utilisé sur un équipement industriel.
La performance d'étanchéité du connecteur peut être catégorisée en fonction des taux de fuite indiqués ci-dessous :
- Joints d'étanchéité moins performants = 10-4cm3/s
- Joints de haute qualité = 10-8cm3/s
- Joints à haute performance = 10-12cm3/s
Il existe plusieurs méthodes de test utilisées pour mesurer le taux de fuite, dont trois sont listées ci-dessous :
Méthode de chute de pression
La méthode de déclin de pression est une technique à faible coût pour évaluer les dispositifs à faible performance. Ce test est effectué en emprisonnant la pression à l'intérieur d'un produit, puis en mesurant la perte de pression.
Diagramme de la méthode de chute de pression
Figure 2
Méthode de spectrométrie de masse
D'autre part, la méthode de spectrométrie de masse est coûteuse mais offre la meilleure méthode pour des tests précis et performants. Dans ce test, les gaz sont ionisés dans un vide, généralement l'hélium. Une tension est appliquée qui accélère les ions d'hélium et crée par conséquent un champ magnétique. Le spectromètre de masse peut mesurer le courant créé par les ions et mesurer la fuite grâce à sa proportionnalité directe avec la concentration d'hélium dans le vide.
Diagramme de méthode de spectrométrie de masse
Figure 3
Méthode du gaz traceur
Enfin, la méthode du gaz traceur offre un compromis entre les deux. Elle est moins coûteuse que la spectrométrie de masse mais plus précise que la méthode de chute de pression. Cette méthode de test est réalisée en mesurant les concentrations d'un gaz traceur (encore une fois, généralement l'hélium) dans une chambre fermée.
Diagramme de la méthode du gaz traceur
Figure 4
Exemples de solutions de connecteurs
De nombreux connecteurs électriques sont hermétiquement scellés à l'aide d'époxy. Cela permet une méthode de scellement hermétique des connecteurs qui est économique et facile à fabriquer. Cinch propose une large gamme de connecteurs hermétiquement scellés et a développé une époxy propriétaire qui crée des joints hermétiques haute performance par rapport aux solutions alternatives.
Voici quelques-unes des options disponibles chez Cinch :
- Connecteurs Nano-Miniature à Double Lobe
- Série de stabilisateurs en aluminium soudable, traversées RF
- Produits sous vide UHV
- Connecteurs hermétiques Micro-D Dura-Con
- Connecteurs Micro-D avec matériau diélectrique en céramique
Les connecteurs micro-D, ainsi que les options alternatives hermétiquement scellées, sont tous disponibles en tant que composants sur étagère. Ceux-ci peuvent être trouvés chez des distributeurs courants tels que Mouser et Digi-Key et sont bien approvisionnés.
De plus, des solutions sur mesure sont également disponibles. Si les connecteurs standard ne conviennent pas à une application donnée, Cinch peut collaborer avec les clients pour fournir des options de connecteurs sur mesure avec des joints hermétiques. Les solutions sur mesure peuvent être livrées sous forme d'assemblages complets et les capacités pour des solutions sur mesure peuvent aller jusqu'à intégrer un connecteur dans un boîtier.
Connecteurs hermétiques pour applications robustes
Dans l'ensemble, les joints hermétiques peuvent être de formes, types et tailles variés. L'application et la performance requise du joint déterminent souvent le type de joint hermétique utilisé. Les joints hermétiques sont souvent fabriqués avec un joint en époxy et peuvent atteindre des taux de fuite très faibles de l'ordre de 10-8cm3/s.
Connecteurs micro-D hermétiquement scellés Cinch
Figure 5
Pour les besoins de prototypage rapide et de test, de nombreux connecteurs hermétiquement scellés de Cinch sont immédiatement disponibles en tant que composants standard. D'autre part, pour les applications plus uniques, les parties intéressées peuvent travailler directement avec Cinch pour créer des solutions sur mesure pour les applications les plus exigeantes.
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