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Remerciements
Procédé de fabrication
PrincipesGénéraux
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Outils de fabrication
Lycée Christophe COLOMB154 rue de Boissy94 370 Sucy-en-Brie
Technologie Hybride
Choix technologiques concernant l’oscillateur Colpitts
Avantages technologiques
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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 l’on vient supprimer du cuivre (insolation –révélation).
La dissipation thermique est directement assurée par le substrat (généralement de l’alumine Al2O3), générant une économie de place et de coût (pas d’ajout de dissipateurs).
Pages suivantes quelques exemples
Quelques exemples
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Oscillateur Colpitts* Projet 2003
Bouchon 50
Jauge de carburant
Récepteur FM Emetteur FM
Zoom sur le bouchon 50
Autres exemples
Autre exemple 1Accueil
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Carte « nue » (pistes et résistances sérigraphiées)
Carte complète
Résistances etcondensateurs CMS*
Résistances sérigraphiées
Puces de silicium
Autre exemple 2
Autre exemple 2 : oscillateur compensé en température
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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
Le bouchon 50 Accueil
100£
100£
contact1
contact2
contact3
Schéma électrique équivalent :
Description de la réalisation du bouchon :C’est mécaniquement que les résistances vont être mises en parallèle.
Retour Vers résistances sérigraphiées
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3 Contacts
2 résistances sérigraphiées de 100 en parallèle
Réalisation
Les résistances sérigraphiéesCe ne sont pas des résistances classiques (traversantes ou CMS).Elles peuvent être négatives.Il s’agit d’une encre résistive déposée sur un substrat d’alumine.
On dispose d’un pot d’encre par décade (…10 100 1k 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 l’ajuster au laser pour obtenir la valeur particulière.
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Résistance de puissance
Le choix de l’encre
Résistances de signal
Choix de l’encre
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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 d’approvisionnement.Par ce choix, il se « limite » à quelques milliers de références d’encre.
Ses 2 fournisseurs sont : ESL et Dupont de Nemours.
On peut distinguer 3 critères dans le choix de l’encre :La capacité de l’encre à la brasure.Le rôle de l’encre.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 l’encre qu’il faudra utiliser.
Propriétés des métaux utilisés pour les encres
Nom avantages inconvénient Résistivité
coût
Or (Au) Stable (pas d’oxydation)
Possibilité de sérigraphie fine
Bonne aptitude au bonding
Lourd – cher
Se dissout dans l’étain 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 d’autres métaux
Relativement lourd
Insoudable 60m/ � 23 €/g
Argent
(Ag)
Peu stable (il se passive : tendance à bouger à l’air libre)
Soudabilité excellente
Moins lourd
2m/ � 4 €/g
Nickel (Ni)
Aluminium (Al)
Utilisés pour les capteurs Insoudables
7 €/gRetour
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Le bouchon 50
Les résistances du bouchon 50
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La fabrication de la résistance s’effectue grâce à un masque qui protège les zones à ne pas encrer.
Pour les fabriquer, le constructeur doit définir :
•L’encre à utiliser, en fonction (entre autre) de la valeur que l’on veut obtenir. La valeur est ensuite rectifiée par un ajustage L.A.S.E.R.* •La forme que devra prendre la résistance, qui déterminera les caractéristiques fréquentielles de celle-ci.
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Exemple du bouchon 50
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Détermination des besoins :
Plan de masse du dessous Conducteurs du dessus Résistances
3 types d’encre à priori
Le plan de masse :On cherche : une bonne tenue à la brasure et une faible résistivitéOn choisit : une encre à base d’argent et de platine (réf. : 9597)
Les conducteurs du dessus :On cherche : une encre soudable et compatible avec l’encre résistiveOn choisit : une encre argent – palladium – platine (réf. : 9562)
Les résistances :On cherche : ici une montée en fréquence, donc c’est avant tout la forme qui va être imposée. (plus trapézoïdale que rectangulaire) (réf.: 3980)
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
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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 d’encre pour obtenir une valeur
particulière. (Pour obtenir 200, on mélange 100 et un peu de 1k
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Exemple de la résistance de 200
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Courbe de mélange des encres
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 10 100
résistance / 100
prop
orti
on e
n % 75%
25%
courbe de l'encre 1k
courbe de l'encre 100
200
Pour obtenir une résistance de 200, on mélange 25% d'encre 1kpour 75% d'encre 1k
L’ajustage 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 courantAvant ajustageR=R1
Résistance
Lignes de courantAprès ajustageR=R2>R1
R : résistivité en .mL : longueur en mS la section en m2
R=.L/S
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Choix technologiques et économiques concernant l’oscillateur Colpitts (1/4)
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Pourquoi de l’hybride ?
Ici, dans un but pédagogique, pour faire connaître cette technologie.
Pourquoi des résistances CMS et pas sérigraphiées ?
Le choix n’est pas guidé par un critère d’encombrement.3 oscillateurs de fréquences différentes qui nécessitent :
3 programmes distincts d’ajustage L.A.S.E.R. 1 masque par oscillateur, les empreintes n’étant pas les mêmes pour chacun d’eux.
Ce qui complique considérablement la production, alors que le temps nous est compté : d’où le choix de composants CMS.
Choix technologiques et économiques concernant l’oscillateur Colpitts (2/4)
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Choix du conducteur :
On utilise le même conducteur que pour le dessus du bouchon 50, qui est un bon compromis (réf. : 9562).
Composé d’argent Ag, Palladium Pd et Platine Pl, il présente :une faible résistivité (4m/carré)un bon comportement à la soudureun prix intéressant
De plus, il permet une sérigraphie à grande vitesse.
Choix technologiques et économiques concernant l’oscillateur Colpitts (3/4)
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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 n’est pas son unique caractéristique. Son avantage est, que comme le conducteur, il se cuit à 850°C (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).
Choix technologiques et économiques concernant l’oscillateur Colpitts (4/4)
Choix de la crème à souder :
Le choix de l’industriel s’est porté sur la référence NC3701GC.
Il s’agit d’un alliage :62% d’étain Sn36% de plomb Pb2% d’argent Ag
Les 2% d’argent sont présent pour saturer la soudure : c’est-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 l’ensemble.
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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 l’avionique).
• Meilleur MTBF* : Mean Time Between Failure.
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illustration
Illustration de la réduction de taille
version classique (composants traversants)
version C.M.S.
version hybride
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Exemple de la carte émulateur 68 HC 11
Outils de Fabrication
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Machines à sérigraphier
Masque de sérigraphie
Masque de sérigraphie
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Masque pour l’oscillateur Colpitts du projet 2003.
Un masque permet la création en série de 20 oscillateurs.
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Procédé de Fabrication
(1/4)
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Cahier des charges
schéma électrique
I mplantation
Réalisation des photos
(typons)
Défi nition par le client du système à réaliser
Défi nition par le client et la société du schéma électrique
Placement des composants en respectant les contraintes d'encombrements et les règles électriques.
Ces étapes sont valables pour toutes
réalisations. (classiques CMS ou
hybride)
Procédé de Fabrication
(2/4)
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Réalisation des masques
Réalisation des écrans
Reproduction masques/ écrans
Préparation du substrat
Création par la société des masques de sérigraphie
Réalisation par la société des masques de sérigraphie
Préparation du support en vue de la sérigraphie
Etapes de préparation en vue de la sérigraphie
Procédé de Fabrication
(3/4)
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Sérigraphie des pistes et des résistances
Sérigraphie des
conducteurs
Séchage - cuisson
Sérigraphie des résistances
Séchage - cuisson
Procédé de Fabrication
(4/4)
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Accueil
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Finalisation et contrôle
Ajustage LA.S.E.R. des résistances
Contrôle - mesures
Dépose des composants
Câblage des connexions
Dépose de composant CMS Changement d’outil de dépose
Lexique• Brasure : Soudure faite avec un métal ou un alliage d’apport 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 l’oscillateurs est constituée de 2 capacités et d’un composant selfique (ou se comportant comme tel).
• L.A.S.E.R. : Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Générateur d’onde électromagnétique fonctionnant sur le principe de l’émission stimulée d’un rayonnement monochromatique cohérent).
• C.M.S. : Composants Montés en Surface (non traversants).
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Remerciements à :
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M. Tartière pour la Société H.C.T. Hybrid Concept Technology
Toute l’équipe pédagogique du Lycée Ch. Colomb (MM. Allègre, Allindré, Carrillo, Pelletier, Veuillerot, Vo et Mlle Bousquet)
fin