Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Dans l'environnement aéronautique, c'est le poids qui pousse les concepteurs vers l'utilisation des boîtiers en composite. C'est aussi le cas des développements dans le milieu de la défense pour les électroniques portées. Malheureusement, les contraintes normatives restent les mêmes et le blindage du boîtier disparaît. Pour d'autres environnements, c'est plus le design qui depuis de nombreuses années impose des boîtiers en composite comme pour les équipements multimédias, informatique ou GPS. Enfin les équipements ayant des contraintes d'isolement galvanique entre certaines fonctions sont, eux, passés depuis longtemps en boîtier composite, comme les systèmes de télécommunication ou en balnéothérapie. Cet article présente les règles de conception à appliquer en l'absence de métal jouant le rôle de blindage et de référence de potentiel.
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Thierry SEGOND : Expert CEM Sagem Défense Sécurité – Groupe Safran (Massy, France)
INTRODUCTION
La conception en boîtier composite apporte un gain de poids. En aéronautique le gain est réalisé grâce à une surface moindre utilisée pour les filtrages. Vis-à-vis des contraintes liées à la foudre de plus en plus élevées, le passage en électronique flottante permet de ne plus à avoir de protection type diode « transil » devant écouler le courant d'agression. La contrainte devient une contrainte d'isolement vis-à-vis de la tension présentant la plus grande amplitude.
En télécommunications, l'isolement est fixé par des normes de sécurité électrique qui imposent, en fonction des types de réseau, des isolements en termes de tenue en tension pouvant atteindre plusieurs kilovolts entre la partie recevant le câble de communication et l'électronique numérique qui, elle, est référencée à la terre. Le composite apporte l'isolement et participe au design.
Dans le milieu de la balnéothérapie, l'électronique gérant les pompes à eau pour les baignoires voit des isolements pouvant atteindre les 8 kV entre le primaire et les fonctions électroniques de commande. L'étanchéité à l'eau impose des boîtiers composites.
Dans d'autres environnements, comme l'électronique installée dans un véhicule de course, l'isolement est plutôt fonctionnel : il permet d'éviter d'éventuelles pollutions par des retours de courant au châssis et là aussi le poids est un ennemi.
Dans le milieu de la mesure qualitative et du traitement de l'eau, les équipements sont souvent développés avec des structures en composite qui évitent le risque de corrosion du métal.
Cet article explique la problématique des systèmes électroniques sans boîtier métallique. En effet, la règle de l'art habituelle qui consiste à référencer les électroniques au châssis devient impossible. La qualité des découplages d'entrée / sortie se trouve dégradée par couplage dans l'air. Ensuite sont abordés les artifices à mettre en place en donnant les règles de l'art établies par l'expérience.
Équipotentialité : equipotential bonding
Terme définissant une même référence pour plusieurs électroniques, installée ou pas sur une même carte et dialoguant ensemble. Cette référence doit être la même pour tous les acteurs à toutes les fréquences de perturbations.
Écran électrostatique : shielding plate
Tôle ou feuillard conducteur utilisé afin d'améliorer l'écoulement des perturbations en haute fréquence et par réciprocité de diminuer les couplages de perturbation directement sur un circuit imprimé.
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Exemple d'un design en boîtier composite
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2. Conception en boîtier composite
2.1 Boîtier composite métallisé
Un boîtier composite métallisé, peut présenter les mêmes performances qu'un boîtier métallique à condition de maîtriser la métallisation sur chaque pièce composant le boîtier.
C'est au niveau des fermetures des capots que les défauts d'étanchéité sont souvent mis en évidence et c'est au niveau des éléments de fixation des cartes électroniques que les défauts de contact sont le plus souvent rencontrés.
HAUT DE PAGE2.2 Boîtier composite non métallisé
Ce type de boîtier présente trois inconvénients :
-
l'absence de métal ne permet pas la mise en équipotentialité des différentes électroniques en haute fréquence ;
-
l'absence de métal permet au champ électromagnétique de se coupler directement ;
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l'absence de métal ne permet pas une évacuation de la chaleur.
Dans le cas d'un équipement monocarte, c'est la carte seule qui gère le problème des écoulements des perturbations par couplage capacitif dans l'air, et le plan de masse de la carte joue le rôle de blindage vis-à-vis des agressions extérieures.
Pour ce type d'équipement, l'objectif est de réaliser un circuit imprimé ayant une forme se rapprochant le plus possible d'un carré. En effet la forme carrée permet d'avoir un plan de masse très basse impédance permettant de limiter l'effet d'impédance commune.
La qualité de routage du plan a aussi son importance. Il est nécessaire de faire très attention à l'effet d'ouverture dans le plan de masse. Ces ouvertures peuvent être dues à la proximité de vias trop proches ne permettant pas une circulation correcte de la masse. Les pistes en bord de carte sans couverture du plan sont à proscrire.
Dans la mesure du possible, il faut préférer des connecteurs d'entrée / sortie coudés. Ils permettront de diminuer les effets de couplage capacitif entre la liaison filaire et l'intérieur de la carte.
Dans le cas d'un équipement multicarte se pose alors la difficulté d'assurer une référence unique, ayant une basse impédance en haute fréquence pour toutes les électroniques échangeant des informations. La mise en place d'une...
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Conception en boîtier composite
BIBLIOGRAPHIE
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Compatibilité électromagnétique (CEM) – Partie 4-2 : techniques d'essai et de mesure – Essai d'immunité aux décharges électrostatiques - EN 61000-4-2 - (éd 2009)
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