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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Vibrations et théorie des plaques
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1. Vibrations
1.1 Définition
Une vibration est un mouvement d'oscillation autour d'une position d'équilibre. Ce mouvement peut être très simple, comme pour une vibration sinusoïdale, ou plus complexe comme pour les vibrations aléatoires.
Une vibration est caractérisée par des informations sur son amplitude et sur sa fréquence, c'est-à-dire le nombre d'occurrences d'oscillations par seconde.
Dans le cadre des vibrations mécaniques appliquées aux cartes électroniques, l'amplitude des vibrations est fréquemment exprimée en unité g, l'accélération due à la pesanteur terrestre g, ou en m.s -2 (1 g = 9,81 m.s -2 ), tandis que la fréquence est exprimée en hertz (Hz) ou s-1.
HAUT DE PAGE1.2 Représentation mathématique
Toute vibration périodique peut se décomposer en vibrations sinusoïdales grâce à une décomposition en séries de Fourier. Nous nous ramènerons donc à l'étude de ce type de vibrations sinusoïdales.
Une vibration sinusoïdale est représentée par une fonction harmonique évoluant de manière temporelle en fonction de sa fréquence, et par un facteur multiplicatif correspondant à son amplitude. Nous définissons ainsi le déplacement d'une vibration par l'équation suivante :
avec :
- Z(t) :
- valeur du déplacement de la vibration (en m),
- Zd :
- amplitude...
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Vibrations
BIBLIOGRAPHIE
-
(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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