Bibliographie & annexes
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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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4. Conclusion
Il a donc été montré comment modéliser le comportement d'une carte électronique en réponse à un environnement vibratoire, puis comment représenter le déplacement relatif d'un composant situé sur une telle carte.
À partir de ces informations, la durée de vie du système peut être exprimée d'une manière simple, utilisant les lois classiques de la résistance des matériaux.
Cette méthode peut se résumer par la figure 5.
Les données de base de cette méthode correspondent donc aux spectres de vibrations environnementales que le système doit supporter. La norme MIL-STD-810F indiquée en annexe constitue l'un des standards de l'aéronautique, et fournira des exemples concrets au lecteur souhaitant en savoir plus.
Cette démarche donne des formules aisées à programmer pour faciliter les travaux d'analyse vibratoire en phase de conception. En revanche, elle n'est destinée qu'à fournir un premier ordre de grandeur et doit être suivie d'une étude par éléments finis pour obtenir des résultats plus précis (la méthode des éléments finis prendra notamment en compte les propriétés mécaniques non isotropes des cartes, qui sont simplifiées dans cette étude).
Le lecteur souhaitant effectuer une analyse complète de ses travaux pourra donc utiliser cette méthode pour procéder à une première analyse rapide de son système, évitant ainsi d'itérer trop de fois un calcul coûteux en temps et en ressources matérielles.
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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).
-
(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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