Composant monté en surface
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Le composant monté en surface désigne une technologie de fabrication des cartes électroniques et, par extension un type de composants utilisés par l'industrie électronique. Cette technique consiste à souder les composants d'une carte à sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...), plutôt que d'en faire passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) les broches au travers.

Historique

La technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de Composants Montés en Surface (CMS) a été développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe...) dans les années 60 et a commencé à être largement diffusée dans les années 80. La plupart des premières recherches dans ce domaine ont été effectuées par IBM (International Business Machines Corporation (IBM) est une société multinationale américaine présente dans les domaines du matériel informatique, du logiciel et des services informatiques.).

Les composants ont été repensés mécaniquement pour posséder de petites terminaisons métalliques ou de petites broches à leurs extrémités pour pouvoir être brasés directement à la surface des circuits imprimés.

Ils ont ainsi vu leur taille diminuer progressivement (on trouve aujourd'hui couramment des résistances qui mesurent 0.6 X 0.3 millième d'inch : taille 0603 équivaut à 1.5x0.75mm , et des formats plus petits existent).

Au fil du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), les CMS sont devenus plus communs que les composants traditionnels, permettant un plus fort taux d'intégration des cartes électroniques.

Ils sont ainsi bien adaptés à un degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) élevé d'automatisation dans la fabrication, réduisant les coûts de production et augmentant la productivité. Les CMS sont jusqu'à dix fois plus petits que leurs équivalents traditionnels, et leur coût peut être inférieur de 25 à 50 %.

Avantages et inconvénients

Les composants électroniques des générations précédentes (dits traditionnels ou traversants) étaient d'assez grosse taille et équipés de broches destinées à traverser le circuit imprimé, la soudure se faisant du coté opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à ajouté à n donne zéro. En botanique, les organes d'une...) de la carte afin de relier électriquement les broches au circuit imprimé.

La miniaturiation constante des cartes électroniques a rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des...) ce système quasi obsolète :

  • Les composants sont plus petits et plus légers ;
  • Les circuits imprimés n'ont plus à être percés ;
  • L'assemblage peut être automatisé facilement ;
  • Les tensions de surface centrent les composants automatiquement sur leur plage (La géomorphologie définit une plage comme une « accumulation sur le bord de mer de matériaux d'une taille allant des sables fins aux blocs ». La plage ne se limite donc pas aux...) lors de l'étape de brasage. Les marges de placement sont ainsi augmentées ;
  • Des composants peuvent être placés sur les deux faces de la carte ;
  • Les résistances et inductances électriques sont diminuées, augmentant ainsi les performances en hautes fréquences ;
  • Les propriétés mécaniques en vibration sont meilleures ;
  • Le coût global est diminué.

Le seul inconvénient se situe au niveau de la maintenance, posant des problèmes supplémentaires aux techniciens assurant le dépannage, particulièrement lorsqu'ils doivent changer un composant.

Méthodes de brasage

Brasage par refusion

La refusion est utilisée pour les cartes contenant soit uniquement des composants CMS, soit des composants CMS dont le brasage ne peut se faire que par cette technique (BGA). La pose de composants CMS sur une carte est très simple et fiable par rapport aux composants traversants. Le circuit imprimé nu est d'abord sérigraphié : enduit à travers un pochoir métallique d'une pâte à braser sur les plages du circuit imprimé, c'est-à-dire l'emplacement des terminaisons des composants. Puis les composants sont posés sur le circuit par les machines de placement. Finalement le circuit passe dans un four (Un four est une enceinte maçonnée ou un appareil, muni d'un système de chauffage puissant, qui transforme, par la chaleur les produits et les objets. En cuisine, il...), où la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) fait fondre la pâte déposée pour former la brasure.

Les cartes électroniques actuelles sont très souvent équipées de composants sur leurs deux faces. Elles nécessitent donc deux passages sur la ligne de production : un pour chaque face. Ce sont les tensions de surface entre les plages et les pattes des composants, ainsi qu'un éventuel point (Graphie) de colle (Une colle ou la glu est un produit de nature liquide ou gélatineuse servant à lier des pièces entre elles. Ces pièces peuvent être de même nature ou...) sous les composants, qui font que ceux-ci ne tombent pas lors de la deuxième fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules...).

Brasage à la vague (Une vague est un mouvement oscillatoire de la surface d'un océan, d'une mer ou d'un lac. Les vagues sont générées par le vent et ont une amplitude crête-à-crête allant de quelques centimètres à 34 m (112 pieds), la...)

Cette méthode est utilisée en cas de mixité des composants CMS et traditionnels. Elle consiste à déposer un point de colle au futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) emplacements des composants au lieu de sérigraphier les plages. Les composants sont ensuite posés de la même manière que précédemment avant de polymériser la colle au four ou en étuve. Cela permet ensuite de placer des composants traditionnels (traversant le circuit imprimé) de l'autre côté de la carte.

La soudure se fait ensuite grâce à une vague d'étain en fusion, la carte passant au-dessus : au contact de l'étain et par capillarité (La capillarité est l'étude des interfaces entre deux liquides non miscibles, entre un liquide et l'air ou entre un liquide et une surface. Elle est mise en œuvre lorsque les buvards aspirent l’encre, ou quand les...) les terminaisons des composants CMS et les broches des composants traversants sont soudées sur le circuit.

C'est ainsi une manière de mixer les deux technologies, l'intérêt est double :

  • Tous les composants n'existent pas en version CMS.
  • Certains doivent avoir une résistance mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de...) supérieure à ce que la technologie CMS peut apporter (cas de certains connecteurs pour des questions de résistance à l'arrachement par exemple).

Directive européenne 2002/95/CE - ROHS

La transition vers l'application de la directive européenne 2002/95/CE - ROHS - bannissement du Plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.), Chrome (Le chrome est un élément chimique de symbole Cr et de numéro atomique 24.) hexavalent, Mercure, Cadmium (Le cadmium est un élément chimique de symbole Cd et de numéro atomique 48.), PBB et PBDE ==

Sans parler de la miniaturisation et de l'intégration de fonctions électroniques de plus en plus puissantes dans les composants, l'évolution majeure en cours est le passage de l'industrie électronique au " sans plomb ". En effet, jusqu'à il y a peu, les brasures étaient réalisées à base d'étain-plomb (SnPb). Mais une directive européenne vient bannir le plomb, Chrome hexavalent, Mercure Cadmium, PBB et PBDE à partir de 2006 (directive RoHS) n° 2002/95/CE .

L'avantage du plomb était notamment d'abaisser le point de refusion des alliages d'étain. Les nouveaux alliages sont couramment à base d'étain, argent (L’argent ou argent métal est un élément chimique de symbole Ag — du latin Argentum — et de numéro atomique 47.) et cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et...) (SnAgCu) : la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de...) de refusion a augmenté de plusieurs dizaines de degrés (on dépasse aujourd'hui les 260° C).

Cette augmentation de température a plusieurs conséquences :

  • Des problèmes d'ordre technique pour les fabricants de composants, ceux-ci devant pouvoir supporter des températures plus élevées et des chocs thermiques plus importants.
  • L'obligation de gérer de manière plus stricte qu'auparavant les Niveaux de Sensibilité à l'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).) (Moisture Sensible Level : MSL). En effet, une reprise d'humidité des composants avant l'étape de refusion peut conduire à leur destruction. Emballage sous vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), stockage dans des armoires sèches, régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) du taux d'humidité des ateliers sont autant de nouvelles contraintes à intégrer pour les entreprises.
  • Trouver un moyen de supprimer les "whiskers" (pousse de fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) cristallines de quelques micromètres capable de créer des court-circuits), ces derniers sont absents lors du mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une...) avec le plomb.
  • Une gestion compliquée à mettre en œuvre pour gérer la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de transition et donc la mixité des composants prévus pour le "sans plomb" et les autres.
  • Les problèmes d'obsolescence de composants en fin de vie (La vie est le nom donné :) qui ne seront pas adaptés au " sans plomb " faute de débouchés commerciaux.
  • Des investissements nouveaux sont à réaliser pour adapter les équipements de production à ces nouvelles contraintes.
  • Des consommations d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) plus importantes (de 10 à 20%), compte tenu de l'augmentation des températures de refusion.
  • Une re qualification systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain ordre,...) des processus de fabrication s'avère également nécessaire.
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