Technologie Hybride

1. Technologie Hybride Lycée Christophe COLOMB 154 rue de Boissy 94 370 Sucy-en-Brie ACCUEIL Principes Généraux Procédé de fabrication Outils de fabrication Avantages technologiques Choix technologiques concernant l’oscillateur Colpitts *Lexique Remerciements Quitter

2. Principes Généraux Accueil « 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

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

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

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

6. Le bouchon 50 W Accueil Accueil Schéma électrique équivalent : Description de la réalisation du bouchon : C’est mécaniquement que les résistances vont être mises en parallèle. Réalisation 3 Contacts 2 résistances sérigraphiées de 100 W en parallèle Retour Vers résistances sérigraphiées

7. Résistances de signal Accueil Les résistances sérigraphiées Ce 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 (…10W 100W 1kW 10kW 1MW….) Un carré correspond à une résistance de la valeur du pot (ex. : 100 W), 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. Résistance de puissance Retour Le choix de l’encre

8. Accueil Choix de l’encre • 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. Retour Propriétés des métaux

9. Propriétés des métaux utilisés pour les encres Accueil Retour Le bouchon 50 W

10. Les résistances du bouchon 50 W Accueil • 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. Retour Suite

11. Détermination des besoins : • Plan de masse du dessous • Conducteurs du dessus • Résistances 3 types d’encre à priori Accueil Exemple du bouchon 50 W (1/3) • Le plan de masse : On cherche : une bonne tenue à la brasure et une faible résistivité On 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 résistive On 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) Retour suite

12. 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 Accueil Exemple du bouchon 50 W (2/3) Retour suite

13. 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 200W, on mélange 100W et un peu de 1kW) Accueil Exemple du bouchon 50 W (3/3) Retour suite

14. Accueil Exemple de la résistance de 200 W Retour suite

15. Résistance Avant ajustage R=R1 Lignes de courant Résistance Après ajustage R=R2>R1 Lignes de courant Accueil 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. R : résistivité en W.m L : longueur en m S la section en m2 R=r.L/S Retour suite

16. Choix technologiques et économiques concernant l’oscillateur Colpitts (1/4) Accueil 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. Retour suite

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

18. Choix technologiques et économiques concernant l’oscillateur Colpitts (3/4) Accueil 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). Retour suite

19. Accueil 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 Sn 36% de plomb Pb 2% 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. Retour suite

20. 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. Accueil Avantages illustration Retour suite

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

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

23. Masque de sérigraphie Accueil Masque pour l’oscillateur Colpitts du projet 2003. Un masque permet la création en série de 20 oscillateurs. Retour suite

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

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

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

27. Accueil Procédé de Fabrication (4/4) Finalisation et contrôle Vidéos de dépose C.M.S. Changement d’outil de dépose Dépose de composant CMS Retour suite

28. Accueil 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). suite Retour

29. Accueil Remerciements à : 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 Retour