Convertisseurs DC/DC sur étagère Bilan qualité O. PUIG DTS/AQ/QCP/TP
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- Jean-Paul Laporte
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1 Convertisseurs DC/DC sur étagère Bilan qualité O. PUIG DTS/AQ/QCP/TP
2 Les CV DC/DC: difficultés Les convertisseurs DC-DC sont des modules complexes. Les convertisseurs sur étagère ne sont souvent pas dédiés à une application spatiale.
3 Les CV DC/DC: synthèse Bilan qualité issu des projets CNES (principalement) : Technologies d'assemblage Tenue à l'environnement Recommandations pour les futures utilisations Exclus: Qualité conception, Radiation
4 Technologie: GAIA: gamme militaire Report de composants plastiques sur circuit imprimé double face encapsulation plastique dans un boîtier aluminium. Projets: Rosetta Microsat
5 GAIA: gamme militaire Qualité et maîtrise des technologies: Technologie de montage en surface maîtrisée après quelques recommandations en début de programme, report du transformateur délicat. Technologie d'encapsulation critique (adhérence résine/capot, résine/circuit imprimé: délaminations observées)
6 GAIA: gamme militaire
7 GAIA: gamme militaire Tenue à l'environnement spatial: Sensibilité très forte au cyclage thermique défaillances après 200VRT (-55_+125 C) défaillances après 300VLT (-55_+100 C) dérives après 100VLT (-55_+105 C) Sensibilité à l'humidité: défaillances après 500h THB, vibrations et démarrage à -55 C
8 GAIA: gamme militaire Recommandations La résine d'encapsulation utilisée à l'heure actuelle n'est pas adaptée à une utilisation spatiale Un changement de procédé d'encapsulation est en cours de validation Une autre solution sans résine est également à l'étude Une précap ainsi qu'un déverminage après encapsulation sont conseillés (projets de classe 3-4)
9 INTERPOINT: classe H et K Technologie: Technologie hybride (puces nues, composants collés ou brasés, substrat couche épaisse) encapsulation par boîtier hermétique métallique à traversées perles de verre; scellement à la molette Projets: Integral Proteus Rosetta
10 INTERPOINT: classe H et K Qualité et maîtrise des technologies: De nombreux défauts hors état de l'art quelle que soit la classe; parmi les majeurs: RGA non conforme (mauvais dégazage) Collage de condensateur entièrement fissuré Brasure substrat/boîtier avec des manques très importants Reports de Composants (condensateurs, diodes) non conformes en test de cisaillement
11 INTERPOINT: classe H et K
12 INTERPOINT: classe H et K Tenue à l'environnement spatial: Peu d'essais réalisés dans le cadre de nos programmes Pas de défaillance après 200 cycles -10_+80 C Défaillances observées en recette équipement (INTEGRAL: expérience CEA): décollement de transformateurs après essais mécaniques.
13 INTERPOINT: classe H et K Recommandations Projets de classe 1/2: l'utilisation de convertisseurs Interpoint classe K ou H n'est pas conseillée. Projets de classe 3: une "pré-cap" devrait être réalisée, le déverminage minimum devrait être du niveau H + PIND test + RX; au minimum, les essais de lot suivants devraient être mis en place: Cyclage thermique (suivant mission), Contrôle électrique aux 3 températures, Chocs mécaniques (suivant mission), Contrôle électrique aux 3 températures, RGA, DPA Essai d'endurance (à confirmer en fonction des essais réalisés sur les micro-composants)
14 Technologie: International Rectifier (Ex Lambda): classe H Technologie hybride (puces nues, composants collés ou brasés, substrat couche épaisse) encapsulation par boîtier hermétique métallique à traversées céramiques brasées; scellement à la molette Projets: Aucun
15 International Rectifier (Ex Lambda): classe H Qualité et maîtrise des technologies: Quelques défauts mineurs sur hybride de niveau H: Ajustage de résistance à + de 50% Collage isolant sur résistance couche épaisse Contact mécanique entre fil émaillé et capot
16 International Rectifier (Ex Lambda): classe H
17 International Rectifier (Ex Lambda): classe H Tenue à l'environnement spatial Essai réalisé sur 2 AHE 2805DF/CH, 2 AHF 2805 SF Pas de défaillance après 1000 heures de vieillissement (125 C), 200 VRT (-55_+125 C) et Pind test RGA légèrement non conforme après ces essais, et aucun défaut technologique
18 Recommandations International Rectifier (Ex Lambda): classe H Pour des projets de classe 1/2, la source Lambda pourrait être envisagée, moyennant la mise en œuvre des dispositions relatives aux fabricants de catégorie 2 de la MPM Pour des projets de classe 3, les mêmes dispositions que précédemment pourraient être allégées Un audit préalable du fabricant est conseillé
19 Technologie: M.D.I. Technologie hybride (puces nues, composants collés ou brasés, substrat couche épaisse) encapsulation par boîtier hermétique métallique à traversées perles de verre; scellement par brasure Projets: Proteus
20 M.D.I. Qualité et maîtrise des technologies: De nombreux défauts hors état de l'art; parmi les majeurs: Emploi d'étain pur en finition de boîtier Emploi de matériaux générateurs de particules Cisaillement et collage de broches de boîtiers Empilage de condensateurs critique Déverminage insuffisant (Tmax=85 C)
21 MDI
22 M.D.I. Tenue à l'environnement spatial: Très peu de données fabricant Défaillance en choc mécanique à un niveau de 1500g, 0.5ms Aucun "vrai" life-test réalisé (avant 2000)
23 Recommandations M.D.I. Source non recommandée pour une utilisation spatiale
24 Technologie: très proche d'interpoint Projets: Aucun VPT
25 VPT Qualité et maîtrise des technologies: Aucune expérience CNES fabrication entièrement sous-traitée en Asie Tenue à l'environnement spatial: Aucune donnée fabricant Recommandations: Demande un investissement d'évaluation très important par rapport aux risques de tous ordres.
26 CONCLUSION Globalement, les convertisseurs DC/DC existant sur étagère ne sont pas des solutions suffisamment fiables pour des projets de classe 1 et 2 Pour les projets de classe 3, un trade-off complet doit être mené avec des solutions alternatives
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