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Remerciements Procédé de fabrication Principes Généraux Quitter *Lexique Outils de fabrication Lycée Christophe COLOMB 154 rue de Boissy 94 370 Sucy-en-Brie.

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1 Remerciements Procédé de fabrication Principes Généraux Quitter *Lexique Outils de fabrication Lycée Christophe COLOMB 154 rue de Boissy Sucy-en-Brie Technologie Hybride Choix technologiques concernant loscillateur Colpitts Avantages technologiques

2 Accueil Principes Généraux « Définition de la technologie Hybride » Un sous-système électronique dans lequel quelques circuits intégrés (empaqueté ou non) et des composants discrets sont attachés directement à un substrat commun. Les connexions entre les composants sont formées sur la surface du substrat, quelques composants comme des résistances et les inductances peuvent être fabriqués directement sur le substrat. Le procédé est additif (on ajoute les pistes), contrairement à une technologie classique, où lon vient supprimer du cuivre (insolation – révélation). La dissipation thermique est directement assurée par le substrat (généralement de lalumine Al 2 O 3 ), générant une économie de place et de coût (pas dajout de dissipateurs). Pages suivantes quelques exemples

3 Quelques exemples Retour Accueil Oscillateur Colpitts*Oscillateur Colpitts* Projet 2003 Bouchon 50 Jauge de carburant Récepteur FMEmetteur FM Zoom sur le bouchon 50 Autres exemples

4 Autre exemple 1 Accueil Retour Carte « nue » (pistes et résistances sérigraphiées) Carte complète Résistances et condensateurs CMS*CMS* Résistances sérigraphiées Puces de silicium Autre exemple 2

5 Autre exemple 2 : oscillateur compensé en température Accueil Retour Carte « nue » (pistes uniquement) Carte « complète » bobine varicap puce 3 plots permettant de soutenir une lame de quartz Lame de quartz La carte est ensuite mise en boîtier suite

6 Le bouchon 50 Accueil Schéma électrique équivalent : Description de la réalisation du bouchon : Cest mécaniquement que les résistances vont être mises en parallèle. RetourVers résistances sérigraphiées Accueil 3 Contacts 2 résistances sérigraphiées de 100 en parallèle Réalisation

7 Les résistances sérigraphiées Ce ne sont pas des résistances classiques (traversantes ou CMS*).CMS* Elles peuvent être négatives. Il sagit dune encre résistive déposée sur un substrat dalumine. On dispose dun pot dencre par décade (… k 10k 1M ….) Un carré correspond à une résistance de la valeur du pot (ex. : 100 ), quelle que soit la dimension du coté. La taille influe sur la puissance dissipable. On crée toujours une résistance inférieure à la valeur désirée, puis on vient lajuster au laser pour obtenir la valeur particulière. Accueil Retour Résistance de puissance Le choix de lencre Résistances de signal

8 Choix de lencre Retour Accueil Propriétés des métaux Devant la quantité de fabricants, notre industriel a choisi de se limiter à 2 fournisseurs. Un seul étant trop risqué en cas de rupture dapprovisionnement. Par ce choix, il se « limite » à quelques milliers de références dencre. Ses 2 fournisseurs sont : ESL et Dupont de Nemours. On peut distinguer 3 critères dans le choix de lencre : La capacité de lencre à la brasure. Le rôle de lencre. Le prix. 6 Matériaux (métaux nobles) sont utilisés pour les encres : Or (Au) – Platine (Pt) – Palladium (Pd) – Argent (Ag) – Nickel (Ni) – Aluminium (Al) Des propriétés de ceux-ci, on détermine la composition de lencre quil faudra utiliser.

9 Propriétés des métaux utilisés pour les encres NomavantagesinconvénientRésistivitécoût Or (Au)Stable (pas doxydation) Possibilité de sérigraphie fine Bonne aptitude au bonding Lourd – cher Se dissout dans létain 2m / 24 /g Platine (Pl)Stable Utilisé pour la réalisation de capteur (sonde PT100) Lourd – très cher Ne se soude pas ou très mal 100m / 29 /g Palladium (Pd)Stable Utilisé en combinaison avec dautres métaux Relativement lourd Insoudable 60m / 23 /g Argent (Ag) Peu stable (il se passive : tendance à bouger à lair libre) Soudabilité excellente Moins lourd 2m / 4 /g Nickel (Ni) Aluminium (Al) Utilisés pour les capteursInsoudables 7 /g Retour Accueil Le bouchon 50

10 Les résistances du bouchon 50 Retour Accueil La fabrication de la résistance seffectue grâce à un masque qui protège les zones à ne pas encrer. Pour les fabriquer, le constructeur doit définir : Lencre à utiliser, en fonction (entre autre) de la valeur que lon veut obtenir. La valeur est ensuite rectifiée par un ajustage L.A.S.E.R.*L.A.S.E.R.* La forme que devra prendre la résistance, qui déterminera les caractéristiques fréquentielles de celle-ci. Suite

11 Exemple du bouchon 50 Retour Accueil suite Détermination des besoins : Plan de masse du dessous Conducteurs du dessus Résistances 3 types dencre à priori Le plan de masse : On cherche : une bonne tenue à la brasure et une faible résistivité On choisit : une encre à base dargent et de platine (réf. : 9597)réf. : 9597 Les conducteurs du dessus : On cherche : une encre soudable et compatible avec lencre résistive On choisit : une encre argent – palladium – platine (réf. : 9562)réf. : 9562 Les résistances : On cherche : ici une montée en fréquence, donc cest avant tout la forme qui va être imposée. (plus trapézoïdale que rectangulaire) (réf.: 3980)réf.: 3980

12 Exemple du bouchon 50 Pour des résistances classiques, les critères de choix sont les suivants : La décade à utiliser TCR : coefficient de température Aptitude à dissiper la puissance Capacité à supporter les surtensions La possibilité de sérigraphier à grande vitesse Retour Accueil suite

13 Exemple du bouchon 50 Pour les résistances en hyperfréquence (fréquence supérieure au GHz) La géométrie est imposée (trapézoïdale) Le facteur place : la résistance la plus grande possible pour dissiper la maximum de puissance Un mélange dencre pour obtenir une valeur particulière. (Pour obtenir 200, on mélange 100 et un peu de 1k Retour Accueil suite

14 Exemple de la résistance de 200 Retour Accueil suite

15 Lajustage L.A.S.E.R. Principe : On vient détourner les lignes de courants électrique. On diminue ainsi la section S de passage et augmentant par là-même la longueur L de certaines lignes de courant, donc la résistance. Résistance Lignes de courant Avant ajustage R=R1 Résistance Lignes de courant Après ajustage R=R2>R1 R : résistivité en.m L : longueur en m S la section en m2 R=.L/S Accueil Retoursuite

16 Choix technologiques et économiques concernant loscillateur Colpitts (1/4) Retour Accueil suite Pourquoi de lhybride ? Ici, dans un but pédagogique, pour faire connaître cette technologie. Pourquoi des résistances CMS et pas sérigraphiées ? Le choix nest pas guidé par un critère dencombrement. 3 oscillateurs de fréquences différentes qui nécessitent : 3 programmes distincts dajustage L.A.S.E.R. 1 masque par oscillateur, les empreintes nétant pas les mêmes pour chacun deux. Ce qui complique considérablement la production, alors que le temps nous est compté : doù le choix de composants CMS.

17 Choix technologiques et économiques concernant loscillateur Colpitts (2/4) Retour Accueil suite Choix du conducteur : On utilise le même conducteur que pour le dessus du bouchon 50, qui est un bon compromis (réf. : 9562).réf. : 9562 Composé dargent Ag, Palladium Pd et Platine Pl, il présente : une faible résistivité (4m /carré) un bon comportement à la soudure un prix intéressant De plus, il permet une sérigraphie à grande vitesse.

18 Choix technologiques et économiques concernant loscillateur Colpitts (3/4) Retour Accueil suite Choix du vernis : Le but du vernis est de détourer les zones de soudure. On utilise habituellement un vernis de couleur verte. Ici, le vernis est bleu, ce qui nest pas son unique caractéristique. Son avantage est, que comme le conducteur, il se cuit à 850°C (réf. : D4913).réf. : D4913 Le choix est ici guidé par une commodité de production : on cuit en même temps le conducteur et le vernis (un seul passage au four à 850°C).

19 Choix technologiques et économiques concernant loscillateur Colpitts (4/4) Choix de la crème à souder : Le choix de lindustriel sest porté sur la référence NC3701GC.NC3701GC Il sagit dun alliage : 62% détain Sn 36% de plombPb 2% dargent Ag Les 2% dargent sont présent pour saturer la soudure : cest-à-dire prévenir la migration de métaux dans la soudure. Le point de fusion est de 180°C, plus bas que pour les autres composants (850°C) pour éviter de tout refondre ce qui ferait dériver lensemble. Retour Accueil suite

20 Avantages Gain en intégration : réduction par 4 de la taille de circuit utile réduisant ainsi la part du coût liée à la surface. Gain en fréquence : plus la taille est réduite, plus les fréquences mises en jeu peuvent être élevées. Meilleure résistance climato-mécanique : température, chocs, accélération. (Idéal pour les applications militaires et lavionique). Meilleur MTBF* : Mean Time Between Failure.MTBF* Accueil Retoursuite illustration

21 Illustration de la réduction de taille version classique (composants traversants) version C.M.S. version hybride Retour Exemple de la carte émulateur 68 HC 11

22 Outils de Fabrication Retour Accueil Machines à sérigraphier Masque de sérigraphie

23 Retour Accueil Masque pour loscillateur Colpitts du projet Un masque permet la création en série de 20 oscillateurs. suite

24 Procédé de Fabrication (1/4) Retour Accueil suite Ces étapes sont valables pour toutes réalisations. (classiques CMS ou hybride)

25 Procédé de Fabrication (2/4) Retour Accueil suite Etapes de préparation en vue de la sérigraphie

26 Procédé de Fabrication (3/4) Retour Accueil suite Sérigraphie des pistes et des résistances

27 Procédé de Fabrication (4/4) Retour Accueil suite Finalisation et contrôle Dépose de composant CMS Changement doutil de dépose

28 Lexique Brasure : Soudure faite avec un métal ou un alliage dapport dont le point de fusion est inférieur à celui du métal à assembler. Soudure : Composition métallique utilisée pour souder. Souder : Joindre à chaud des pièces de métal ou de matière fusible de manière à former un tout solidaire. M.T.B.F. : Mean Time Between Failure (temps moyen entre 2 pannes) Oscillateurs Colpitts : La partie filtrage de loscillateurs est constituée de 2 capacités et dun composant selfique (ou se comportant comme tel). L.A.S.E.R. : Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Générateur donde électromagnétique fonctionnant sur le principe de lémission stimulée dun rayonnement monochromatique cohérent). C.M.S. : Composants Montés en Surface (non traversants). Retour Accueil suite

29 Remerciements à : Retour Accueil M. Tartière pour la Société H.C.T. Hybrid Concept Technology Toute léquipe pédagogique du Lycée Ch. Colomb (MM. Allègre, Allindré, Carrillo, Pelletier, Veuillerot, Vo et Mlle Bousquet) fin


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