Technologie des composants lectroniques

Composants passifs Composants actifs Techniques dassemblage

Jol Redoutey

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Rsistances

Valeur ohmique (en mWWWW, WWWW, kWWWW, MWWWW) Tolrance (prcision en %) Valeurs normalises (sries E..) Dissipation de puissance Coefficient de temprature Technologies

Caractristiques principales:

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Rsistances

Tolrance et sries normalises

Toutes les valeurs de rsistance ne sont pas disponibles.En fonction de la tolrance (prcision en %), pour chaque dcadeon choisit une valeur parmi une srie de N valeurs donnes par :

Nn

R 10= [ ]Nn ,1

Les sries les plus courantes sont E12 (10%, N=12) et E24 (5%, N=24)

Chaque valeur est telle que sa tolrance

recouvre lgrement celle des valeurs adjacentes.

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Rsistances

Symbole

Europen Amricain

MarquageEn clair10R 10 W3K3 3,3 kW1M 1 MW

100 10 W101 100 W474 470 kW

CMS Code de couleurs

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Rsistances

Puissance maximale admissibleLes rsistances couche de carbone couramment utilisesen lectronique ont une dissipation de 0,25W.

Pour des dissipations suprieures on utilise souvent desrsistances bobines.

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Rsistances couche de carbone

Elles se reconnaissent par leur forme plus paisse sur les bords

et par leur laque beige/brun clair.

Principe de fabrication:

Le carbone est dpos en une fine couche autour dun cylindre

isolant. La valeur est ajuste par des stries visibles en grattant

la surface laque.

Avantages:

Relativement robustes mcaniquement, conomiques et disponible

en srie 10%, 5% et 2%.

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Rsistances couche mtallique

Elles se reconnaissent par leur forme plus paisse sur les bords. Nous pouvons les rencontrer avec des laques de toutes sortes de couleurs: Vert clair, bleu ple, vert fon, jaune, etc.Principe de fabrication:Une fine couche de mtal est dpos la surface dun support isolant. Les stries visibles, en grattant la laque, permettent lajustement de la valeur ohmique.Avantages:Elles produisent beaucoup moins de bruit que les rsistances aucarbone. Bonne stabilit en temprature et dans le temps.Ce sont les plus rpandues aujourdhui.

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Rsistances bobines

Reconnaissables par leur taille, linscription, ou le fil enroul

souvent visible.

Principe de fabrication:

Le plus souvent constitue dun fil enroul sur un mandrin

isolant en matire rfractaire et recouverte dune couche de

protection (vernis, mail, ciment ou verre).Leur inductance propre en interdit lusage en hautes frquences.Utilisables jusqu 10 watts environ.

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Rsistances bobines de forte puissance

Se reconnaissent au systme de fixation mcanique qui permet

une fixation sur un radiateur pour augmenter la dissipation.

Les valeurs de R et P sont gnralement inscrite en toute lettre.

Principe de fabrication:

Le plus souvent constitue dun fil enroul sur un mandrin

isolant en matire rfractaire et recouverte dune couche de

protection (vernis, mail, ciment ou verre).Botier adapt au refroidissement par conduction.Utilisables de 5 50 watts environ.

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Rsistances CMS

Format 1206:3,2 x 1,6 x 1,3 mm

Melf

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Potentiomtres

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Condensateurs

Fonction Principales caractristiques Technologies symboles

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Fonction dun condensateur

Rservoir dnergie Filtrage Liaison Dcouplage Accord

Les caractristiques essentielles d un condensateur dpendent de sa technologie.Le choix d un type de condensateur se fait en fonction de son utilisation

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Caractristiques d un condensateur

Capacit (en pF, nF ou F) Tension de service (en V) Tolrance (en %) Coefficient de temprature (en ppm/C) Polarit ventuelle (condensateurs polariss) Type de dilectrique -pertes - ESR

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Condensateurs lectrolytiques

Ce sont des condensateurs polariss. Capacits de 1 100 000 F Large tolrance 20% Tension de service de 10V 500V Sorties axiales ou radiales Utilisation: Filtrage, liaison

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Condensateurs au tantale

Polariss Capacits de 0,1 100 F Tension de service 6,3 50V Forte capacit par unit de volume

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Condensateurs film plastique

Non polariss Capacits de 1nF 10 F environ Raliss par bobinage dun film plastique entre deuxfilms mtalliques

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Condensateurs film plastique

Dilectrique:

Polyester(1nFfifififi 10F, 50Vfifififi 600V, 10%)Les plus courants. Liaison, dcouplage

Polypropylne(1nFfifififi 1F, fifififi 2000V, 10%)Stables et prcis. Trs bon comportement impulsionnel

Polycarbonate(1nFfifififi 10F, 50Vfifififi 400V, 10%)Stables, prcis et fiables. Accord, filtres, liaison

Polystyrne(1nFfifififi 100nF, 50Vfifififi 250V, 5%)Trs stables en temprature. Accord, liaison

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Condensateurs cramique

Non polariss

Capacit de 0,5 pF 0,5F Tension de service de 50V 200V

Disque cramique mtallis ou multicouche Caractristiques trs dpendantes du type de dilectrique

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Condensateurs cramique

Types de dilectrique

COG Trs stable, prcis, coefficient de temprature dfini(NPO fifififi 0) Capacit: 0,5 pF 10 nF. Accord, liaison, filtre...

X7R Stable, varie avec la temprature (15% entre -55Cet +125C) Capacit: 100pF 1F. Liaison, dcouplage...

Z5U Instable dans le temps et en temprature.Capacit de 1nF 4,7F. Dcouplage, filtrage...

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Condensateurs cramique multicouche

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Condensateurs cramique CMS

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Condensateurs ajustables

air

Cramique

Plastique

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Reprsentation des condensateurs

C2 et C3 sont des reprsentations amricaines( viter)

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Schma quivalent

C Capacit suppose idaleL Inductance srie quivalente (ESL)Rc Rsistance srie quivalente (ESR)Rd Rsistance reprsentant les pertes dilectriques

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Pertes dilectriquesDans un condensateur rel le courant et la tension ne sont pas parfaitement en quadrature.Langle d est appelangle de perte.On caractrise les pertes dilectriques par

Tg d = 1/RpCRp reprsente la rsistance de pertes

Vc/Rp

d

jVcC I

C

Rp

Vc

I

Diagramme des courants

Modle de condensateur

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Inductances

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circuits magntiques

Lutilisation dun noyau magntique permet de rduire le nombre de spires pour une inductance donne, donc les pertes par effet Joule.

Pot ferrite

ToreBtonnet

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Pertes dans les circuits magntiques

Il existe deux types de pertes dans les noyaux magntiques:

Les pertes par hystrsisproportionnelles la frquence

Les pertes par courants de Foucaultproportionnelles au carr de la frquence

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Caractristiques dune inductance

Valeur de l inductance (H, nH, mH, H)Rsistance ohmiqueCourant admissible (saturation magntique)

En HF, coefficient de surtension (Q = Lwwww/R)

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Transformateurs

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Composants actifs

Composants semi-conducteursEssentiellement SiliciumDeux grandes catgories: Composants discrets(diodes, transistors, FET,) Circuits intgrs(ralisent une fonction bien dfinie)(Amplificateur oprationnel, fonction logiques combinatoiresou squentielles, microcontrleur,)

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Semi-conducteurs discrets

Diodes de signal Redresseurs (diodes de puissance) Transistors de signaux

bipolaires, JFET Transistors de puissance

Bipolaires, MOSFET Transistors RF

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Diode

Diple semiconducteur (silicium) conducteur dans unsens et bloquant dans lautre.

Utilisation: signal, redressement, rgulation (zener)crtage, etc.

Principales caractristiques:Intensit admissible (If)Tension inverse maximale (Vr)Rapidit (temps de recouvrement inverse)

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Reprsentation des diodes

Diode

Diode Zener

Diode Schottky

Diode Varicap

Diode lectro luminescente (LED)

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Diodes de signal

Faible intensit (jusqu 100 mA) faible tension inverse (jusqu 100V) souvent trs rapides (trr

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Diodes de redressement

Forte intensit (1 plusieurs centaines d Ampres) Tension inverse leve (jusqu 1500V) Normales ou rapides Botiers plastique fils: 1 5 A Botiers sur radiateur: 5 100A Utilisation: redressement, diode de roue libre

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Redresseur de puissance

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Transistor bipolaire

Composant semi-conducteurutilis : soit pour amplifier un signal soit comme interrupteur

NPN et PNPSignal ou Puissance

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Le premier transistor: 1947

Leffet transistor a t dcouvert en 1947 par les amricainsJohn Bardeen, William Shockley et Walter Brattain.

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Transistors effet de champ

Composant semi-conducteur utilis : soit pour amplifier un signal soit comme interrupteur

Deux familles: JFET et MOSFETDeux types: Canal N et Canal PMOSFET de Puissance

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Reprsentation des transistors

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Transistors de signaux

Botiers mtalliques Botiers plastique

TO18 TO39 TO92 CMS

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Transistors de signaux

Brochage

TO18 TO39 TO92

Lergot marque lmetteur

SOT23 SOT223

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Transistors de Puissance

TO3 TOP3 TO220AB

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Circuits intgrs

Deux grands types: Analogiques ou numriquesIl existe des circuits mixtes (analogiques et numriques)

Plusieurs familles technologiques dans chaque type: Analogique: bipolaire, Bifet, Numrique: TTL, CMOS, NMOS,

Plusieurs types de botier pour chaque circuit

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Circuits intgrs linaires

Amplificateurs oprationnels Comparateurs Rgulateurs

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S

V-

V+

Amplificateur oprationnel

Composant 5 broches

Alimentation simple ou symtrique

Un, deux ou quatre amplis par botier

Grand nombre de circuits aux performances diffrentes:usage courant, rapides, de prcision, rail to rail, faible bruit,faible consommation, de puissance, etc.

Le choix d un circuit se fait en fonction de l application.

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Circuits dalimentation(Power supply)

Rgulateurs de tension:Fixe, variable, faible chute, positif, ngatif

Rfrences de tension ou de courantCircuits de commande pour alimentation dcoupageConvertisseurs Continu-ContinuSuperviseurs

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Circuits logiques

Logique positive:

+Vfifififi 10V fifififi 0

Plusieurs familles (TTL, CMOS, )Les circuits d une mme famille sinterfacent directementTrs grand choix de fonctions:NAND, NOR, Bascules, Compteurs, Multiplexeurs,

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Circuits logiques TTL

Famille de circuits logiques transistors bipolairesTrs grand choix de fonctionsAlimentation 5V

Rapide, consommation levePlusieurs variantes: S, LS, ALS, F, ...

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Inverseur TTL

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NAND TTL

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Totem ple vs open collector

Sortie totem pole Sortie collecteur ouvert

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Circuits logiques CMOS

Famille de circuits logiques MOSFET complmentaires(combinaison canal N et canal P)Trs grand choix de fonctionsAlimentation 5V (jusqu 15V pour la srie 4000)Faible consommation Plusieurs variantes: 4000, HC, HCTPlus ou moins compatible avec la famille TTL.

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Inverseur CMOS

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Portes CMOS

NOR NAND

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Circuits programmables

MicroprocesseursMicrocontrleursPAL, FPGADSP

Intel 80486DX2

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Microprocesseurs

2001: 42 millions de transistors

1979: 17 000 transistors1971: 2300 transistors

1997: 27 millions de transistors

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Techniques dassemblage

Circuit imprim:simple face, double face , multicouchesTrous mtalliss, viasStandard FR4, 1,6 ou 0,8 mm, 35m de cuivreComposants fils ou CMSBrasage l tain-plomb, soudure la vague

Circuits hybrides

WrappingRserv au prototypage

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Composants fils ou monts en surface

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Botier DIL (ou DIP)

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Circuit traditionnel

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Botier SOP (small outline package)

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Botiers CMS

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Packaging

Alimentation de PC

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Conception et ralisation d un circuit imprim

CONCEPTIONSaisie de schmaEtablissement de la netlist (liste des quipotentielles)Placement-Routage fifififi film (typon) et fichier de perage

REALISATIONDcoupe d une plaque prsensibilisePerage des trousMasquage, insolation, rvlationGravure chimique (perchlorure de fer)Etamage des pistes

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Epoxy standard FR4

Epoxy 16/10 mm

Cuivre 35mCouche photosensible 2,5m

r = 4,6 4,8

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INTENSITE ADMISSIBLE DANS UNE PISTE DE CIRCUIT IMPRIME DDDDT=20C

A13,011,29,78,36,85,23,82,71,3

mm7,15,04,53,52,51,81,140,720,4

LARGEUR DU CONDUCTEUR en mm

INTENSIT ADMISSIBLE EN AMPERESPOUR UNE ELEVATION DE TEMPERATURE DE 20C

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Dcoupe des plaques

Plaque pr-sensibilise Film de protection

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Perage du circuit

Fichier GERBER

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Insolation UV

typon

Tube UV

Plaque pr-sensibilise

Tube UV

Tube UV

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Rvlation

cuivrersine

epoxy

La rsine insole est dissoute par un rvlateur chimique

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Attaque chimique du cuivre

Pistes en cuivreepoxy

FeCl3 + Cu FeCl2 + CuClsuivi de: FeCl3 + CuCl FeCl2 + CuCl2

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tamage des pistes

Chimique tamage au rouleau

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Insertion des composants

insertion automatique insertion manuelle

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Soudage au fer

Fer souder rgul en temprature

Soudure Sn-Pb 60/40 avec flux dcapantTemprature de fusion 183-188C

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Norme RoHS

Suppression du plomb dans les alliages de soudure

217-218Sn-4Ag-0,5Cu

221Sn 3,5 Ag

227Sn 0,7Cu

183Sn 37 Pb

T fusion CAlliage

Quelques alliages de substitution

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Soudage la vague

Bain de soudure en fusion

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Assemblage de CMS

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Dpose de la pte souder

Par srigraphie

Par dispenser

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Placement des composants

Machine de placement automatique

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Refusion

Four refusion infra rouge

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Carte mre de PC

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Circuit mont en surface

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Evolution technologique

Intgration monolithique de plus en plus pousse:

Exemple de la tlphonie mobile

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Nokia 3210

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Nokia 8910

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Chip on board

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Carte puce

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Hybride couche paisse

Substrat cramique (Al2O3, AlN, BeO) mtallisRsistances srigraphies

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Wire Wrapping

Les connexions sont ralises par simple

enroulement d un fil monobrin autour dun

contact carr ou rectangulaire.

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Plaquettes dessais sans soudure

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Plaquettes d essais

Bus d alimentation

Contacts relis

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ENIAC: le premier ordinateur 1946