Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la version actualisée et complétée de l’article E3572 intitulé « Conception de cartes pour équipements spatialisables» rédigé par Claude DREVON et José ALDEGUER paru en 2005.
RÉSUMÉ
Les cartes électroniques pour les applications spatiales (satellites) exigent un niveau élevé de fiabilité et une tenue à des contraintes environnementales sévères spécifiques du domaine spatial. L’article présente les différentes exigences à respecter pour garantir la fiabilité et pour assurer la mission. Les environnements que subissent les cartes électroniques sont détaillés en quatre parties : les sollicitations de type mécanique, thermique, rayonnement et radiatif. Tous ces aspects imposent des limitations technologiques au niveau des matériaux de base, des moyens et des outils. Une attention particulière sera portée sur les règles de conception et les procédés de fabrication des cartes électroniques incluant les contrôles de fiabilité.
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The electronic boards for the space applications (satellites) require a high level of reliability and a respect for high environmental constraints specific to spatial domain. The article presents the various requirements to be respected in order to guarantee the reliability and to assure the mission. The environments which undergo the electronic boards are detailed in four parts: the requests of mechanical, thermal, EMC and radiations. All these aspects impose technological limitations at the level of raw materials, means and tools. A particular attention will be mentioned on design and the manufacturing processes of the electronic boards including reliability controls.
Auteur(s)
-
David VIALA : Responsable bureau d’études cartes électroniques-équipements numériques, - Thales Alenia Space, - Thales, Toulouse, France
INTRODUCTION
Les cartes électroniques doivent répondre à un critère de niveau de fiabilité de 15 ans en vol pour les missions géostationnaires, dans un environnement spécifique en termes mécaniques, thermiques, rayonnements et radiatifs. De plus, le stockage et le conditionnement au sol avant d’être en vol peuvent durer plusieurs mois voire années. Cette longévité est parfois limitée à quelques années pour des missions plus scientifiques sur des orbites basses de type Leo stationnaire.
Ce qui était vrai dans les années 2000, concernant les faibles quantités inhérentes au marché spatial ne permettant pas de profiter de l’effet de masse nécessaire à l’introduction de nouvelles technologies ou limites technologiques, n’est plus le cas maintenant. En effet, même si la notion de série n’existe pas comme dans les domaines automobile ou grand public (exemple de la téléphonie mobile), les volumes se comptant par dizaines d’unités, il est primordial d’embarquer les nouvelles technologies, afin de disposer d’équipements électroniques performants répondant au besoin des clients. Les applications sont diverses, commerciales ou militaires, elles concernent la navigation, l’optique et les télécommunications. Les opérateurs de satellites doivent disposer en vol de solutions flexibles à forte capacité.
Suite à une description des contraintes environnementales, l’article détaille le domaine de qualification pour les technologies des cartes électroniques qui couvre trois domaines :
-
le support de base qui est le circuit imprimé (PCB) ;
-
les composants électroniques et non électroniques assemblés sur le PCB ;
-
les modes d’assemblage (brasage, collage, vissage…).
Les principales règles de conception et d’industrialisation sont illustrées, leur respect est primordial pour garantir un niveau de fiabilité conforme au besoin des missions spatiales.
Les points majeurs concernant les contraintes environnementales sont détaillés dans un premier temps. Puis, sont analysées les phases de développement souvent itératives. Les étapes principales pour la réalisation des cartes électroniques et une accentuation sur les contrôles sont présentées en fin du document.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des sigles utilisés.
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KEYWORDS
reliability | manufacturing | PCB | electronic boards design
VERSIONS
- Version archivée 1 de août 2005 par Claude DREVON, José ALDEGUER
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
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Conclusion
En anglais
2. Technologies
2.1 Matériaux de base
Le choix du matériau diélectrique servant de base au circuit imprimé est fonction de la technologie retenue. Il doit satisfaire les exigences de dégazage, d’inflammabilité et directives REACH (Registration, Evaluation and Autorisation of Chemicals).
Les principaux matériaux de base pour les circuits imprimés sont issus des résines époxy ou polyimides renforcées par des tissus de verre :
-
verre époxy : grade FR4 ou HTg (haute température de transition vitreuse Tg),
-
verre polyimide ou polyimide souple.
Pour des besoins de performances numériques, et hautes fréquences, la définition des circuits imprimés a significativement évolué. En effet, des matériaux multicouches à grande vitesse et à faibles pertes sont de plus en plus utilisés en version pleine ou mixte. Ces matériaux nécessitent des nouvelles qualifications chez les fabricants de circuits imprimés et une courbe de maturité en progression constante. Ils nécessitent également de requalifier les modes d’assemblage et de report des composants, car leur comportement thermomécanique est différent des matériaux de base standard polyimide/FR4 (exemple de déformation pour du FR4 en figure 24).
Pour des besoins de gestion thermique et donc de dissipation, des matériaux chargés en particules de céramique peuvent être utilisés. Les points négatifs sont à nouveau la maturité industrielle chez les fabricants et les requalifications des modes de reports et d’assemblages des composants.
Le choix verre polyimide est actuellement privilégié pour des raisons historiques et de maturité technologique chez les fabricants de circuits imprimés qualifiés pour des applications spatiales.
Pour le dégazage, les limites des normes IPC admises sont :
-
RML (Recovered Mass Loss, perte de masse relative) < 1,0 %,
-
CVCM (Collected Volatile Condensable material, masse volatile condensable ou condensat) < 0,10 %.
Le TML (Total Mass Loss, perte de masse totale) – qui mesure la résorption en eau...
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Technologies
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ALAY-EDDINE (M.) - Méthode d’analyse des cartes électroniques soumises à des vibrations environnementales. - [E 3 954] (2013).
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-
(3) - * - Cartes électroniques : technologies et conception [42287210].
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(4) - COLONNA CECCALDI (M.) - Cartes imprimées. - [E 3 910] (1988).
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(5) - LEROSE (S.) - Intégrité de signal et compatibilité électromagnétique (CEM) des cartes électroniques. - [E 3 455] (2015).
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(6) - POUPON (G.) - Procédés de packaging et d’interconnexion de composants électroniques. - [E 3 401]...
http://www.iftec.fr http://www.cnes.fr
HAUT DE PAGE
Salons :
IPC APEX EXPO (États-Unis)
ELECRONICA (Munich – Allemagne)
Journées RT CNES (Centre national d'études spatial)
HAUT DE PAGE
ECSS-Q-ST-70-60C, ECSS standards for PCB.
ECC-E-ST-10C, ECSS standards for system engineering general requirements.
MIL-STD-883, MIL standards for test method for Microcircuits.
IPC-1-610, IPC standards electronics assembly.
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