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RÉSUMÉ
Les nouvelles technologies des composants électroniques ont pour conséquence une forte diminution de leur résistance aux chocs et aux vibrations. Cet article présente une méthode d'analyse des cartes électroniques développée à partir des travaux de Dave S. Steinberg, permettant d'estimer rapidement les risques de rupture par fatigue de leurs composants.
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Maxime ALAY-EDDINE : Étudiant ingénieur – École Centrale de Nantes
INTRODUCTION
Depuis les années 1960, les composants électroniques n'ont cessé de se miniaturiser. De nouvelles techniques d'assemblage ont vu le jour, comme le montage en surface, réduisant considérablement la quantité de soudure utilisée pour maintenir les composants en place.
Cependant, ces nouvelles technologies ont entraîné par la même occasion une diminution importante de la résistance aux chocs et vibrations des cartes électroniques assemblées, obligeant les concepteurs à réaliser une nouvelle phase d'étude, dédiée au comportement vibratoire de leurs produits. Nous retrouvons par exemple cette étape dans les métiers de l'aéronautique, où les vibrations causées par le frottement de l'air peuvent avoir des effets extrêmement dangereux, et doivent être pris en compte dès le début d'un projet.
Cet article présente une méthode d'analyse de la résistance aux vibrations des cartes électroniques et de leurs composants, permettant de faire une estimation rapide des risques de rupture par fatigue. Ces résultats sont particulièrement intéressants avant de réaliser un calcul par éléments finis, méthode plus précise mais aussi plus coûteuse en temps et en ressources matérielles.
Nous abordons cette problématique en rappelant tout d'abord des notions générales propres à la mécanique vibratoire, puis en étudiant la réponse aux vibrations des cartes électroniques (modélisées par des plaques), pour enfin analyser l'effet des déformations des cartes électroniques sur leurs composants, et comment calculer leur durée de vie.
Un tableau regroupant les résultats classiques est fourni au lecteur, qui pourra également compléter son étude en consultant les ouvrages signalés dans la bibliographie pour des systèmes plus complexes.
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Accueil > Ressources documentaires > Environnement - Sécurité > Bruit et vibrations > Vibrations en milieu industriel, mesures, surveillance et contrôle > Méthode d'analyse des cartes électroniques soumises à des vibrations environnementales > Vibrations et théorie des plaques
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2. Vibrations et théorie des plaques
Dans cette étude, nous considérons les cartes électroniques comme des plaques minces de matériau homogène et isotrope. À partir de cette hypothèse, nous pouvons déterminer la réponse en déplacement d'une carte en fonction de ses conditions aux limites et des vibrations appliquées sur celle-ci.
La théorie des plaques minces fait l'objet de nombreux ouvrages (cf. ), et ne sera pas traitée dans cet article. Nous donnons à la place plusieurs résultats préétablis, pour des conditions aux limites classiques.
Le lecteur désirant approfondir ses connaissances dans ce domaine est invité à consulter la partie « Pour en savoir plus » de cet article.
2.1 Calcul de la réponse en déplacement et de la fréquence propre d'une plaque
La figure 3 et le tableau 1 donnent la réponse en déplacement et la fréquence propre d'une plaque mince en fonction des conditions aux limites. Ces informations concernent le premier mode de la plaque, puisque c'est à ce mode que les déplacements et dommages sont les plus grands. Le lecteur utilisant des formes non conventionnelles ou souhaitant connaître les formules des autres modes pourra obtenir ces données à partir de la méthode de Rayleigh, décrite par Tom Irvine dans la référence .
Les conditions aux limites sont définies dans le tableau 1 par :
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E : encastré – déplacement...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - IRVINE (T.) - Natural frequencies of rectangular plate bending modes, Revision B. - Vibration Data, www.vibrationdata.com (2011).
-
(2) - LALANNE (C.) - Mechanical vibration and shock, Volume V. - Hermes Penton Ltd. London (2002).
-
(3) - LEISSA (A. W.) - Vibration of plates, NASA SP-160. - National Aeronautics and Space Administration, Washington D.C. (1969).
-
(4) - STEINBERG (D. S.) - Vibration analysis for electronic equipment, Third edition. - John Wiley and Sons, Inc. (2000).
-
(5) - TIMOSHENKO (S. P.) - Theory of plates and shells. - McGraw-Hill Book Company (1940).
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(6) - BOYER (H. E.) - Atlas of Fatigue Curves. - ASM International (1986).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
United States Military Standards
MIL-STD-810F 2000 Environmental engineering considerations and laboratory tests
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