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Nouveaux produits

Plasmatreat chez Rohde & Schwartz pour le traitement des modules électroniques

Par Inès A. Melanis / Plasmatreat

Publication: Décembre 2015

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Dans les transports aériens, les composants électroniques sensibles sont prétraités avec du plasma atmosphérique pour sécuriser les communications radio de l’avion...
 

Les systèmes de haute technologie appliqués sont produits par ROHDE & SCHWARZ.

Les communications radio de l’avion !

La sécurité des passagers dépend dans une large mesure sur la communication claire entre les contrôleurs de la circulation aérienne et les pilotes. Afin d’assurer l’adhérence fiable du revêtement conforme des ensembles de communications aéroportées de plastique encapsulé, les composants électroniques très sensibles sont prétraités avec la technique du plasma atmosphérique développée par PLASMATREAT.

Dans la dernière année, près de trois milliards [1] passagers aériens civils se sont « confortés » sur la qualité et la fiabilité des systèmes de contrôle du trafic aérien. La tâche principale des contrôleurs de la circulation aérienne est de guider les avions aussi bien au sol que dans les l’air, et ce par la radio pour éviter les collisions.

La sécurité des passagers dépend donc dans une large mesure sur des communications claires et précises de la circulation aérienne entre les pilotes et les contrôleurs, qui est elle-même tributaire du bon fonctionnement des systèmes de radio de l’avion électroniques.

Les équipages des vols long-courriers utilisent des radios à ondes courtes pour communiquer avec le contrôle du trafic aérien, et restent en contact avec leurs compagnies aériennes en tout endroit partout dans le monde. Ces dispositifs permettent une communication sans aucune coupure, même sur les routes qui couvrent les pôles où les réseaux de satellites ne peuvent pas être utilisés.

ROHDE & SCHWARZ, l’un des fabricants leaders mondiaux de communication sans fil, d’EMc test, de mesure, d’équipement et de radiodiffusion pour la télévision numérique terrestre, fabrique également ces radios aéroportées, qui sont nécessaires pour répondre aux normes de sécurité les plus élevées. ces systèmes de haute technologie sont produits par la filiale ROHDE & SCHWARZ Gmbh Messgerätebau en son usine de production de Memmingen en Allemagne, site qui gère l’assemblage, le test final et l’expédition de la quasi totalité des produits de l’entreprise.

Ainsi, au cœur de l’antenne tuner FK 516 qui a été développée spécifiquement pour être utilisée sur les vols civils de communication radio et les long-courriers, se trouve l’unité de commande avec une carte de circuit Fit-Ted produite avec plusieurs centaines de cMS aux revêtements plastiques minuscules (dispositifs montés en surface). La fonction de cet ensemble de SMD est fiable pour syntoniser les antennes, ce qui permet ainsi d’assurer le fait de surmonter toutes les communications radio.

Un problème inattendu : l’adhérence

Un revêtement conforme jusqu’alors utilisé dans un processus de production dont la société en avait la pratique sans soucis depuis plusieurs années, a rencontré un problème le jour où il a été découvert que le revêtement protecteur transparent s’était décollé sur environ 50 transistors. En fait rien n’avait vraiment évolué quant à la préparation et au pré-nettoyage du procédé de revêtement.

Aussi, très rapidement, il devint évident que le problème fondamental ne pouvait provenir que du matériau plastique en lui-même. Ainsi, le fournisseur interrogé a pu confirmer que la composition de son mélange de plastique avait été modifié. Un problème fréquemment rencontré par les entreprises de transformation qui dépendent de composants plastiques produits en sous-traitance qui supportant la moindre modification de composition peuvent suffire à changer totalement les caractéristiques de surface du matériau final. Cette information était alarmante, et la production de l’usine ROHDE & SCHWARZ de Memmingen ne savait pas si il existait une alternative pour pallier au problème de ce nouveau mélange de plastique.

Après recherche, aucun autre fabricant certifié du marché ne proposait d’autres solutions de composition de matériaux plastique pour permettre à ROHDE & SCHWARZ de produire ces composants électroniques très spécifiques. Michael A. Schneider, ingénieur mécatronique en charge de la technologie de production chez ROHDE & SCHWARZ explique : « ... Nous devions trouver une solution aussi rapidement que possible pour assurer l’adhérence de ce revêtement plastique. ainsi, sans l’application d’un prétraitement adapté pour favoriser cette adhérence, il ne serait plus possible de continuer à fabriquer des unités de commande ... »

Activation de surface

Augmenter l’énergie de surface (Fig. 2) c’est la mesure la plus importante pour déterminer les possibilités d’adhérence d’un revêtement. Fiable, à long terme, une adhérence stable est relative à la qualité de surface du matériau qui nécessite en ce cas d’être ultra-propre, l’énergie de surface de la matière solide étant supérieure à la tension liquide en termes de revêtement. Divers traitements préalables sont disponibles à ce jour sur le marché à cet effet pour y arriver. on sait que les matières sont plus réceptives à l’adhésion grâce à un principe d’activation. cependant aujourd’hui les prétraitement appliqués les plus courants utilisent pour ce faire l’application de produits chimiques humides.

Choix difficile

Pour ROHDE & SCHWARZ créer l’activation en utilisant une base de solvant n’était pas la bonne option du fait du caractère dangereux de l’application de ce type de produit (agressif pour l’environnement, et nocif pour la santé). cependant trouver la bonne solution de prétraitement pour ces composants électroniques très sensibles semblait un choix difficile, presque impossible à prime abord.

Surfaces

Continuant ainsi leurs recherches, c’est par mesure de sécurité (ex. : protection contre les explosions), et tenant compte de coûts élevés d’investissement, que les ingénieurs en électroniques ont également écarté le principe de prétraitement au laser sachant qu’en cas de surface irrégulière du matériau, l’application devenait incertaine. Quant à l’application du co2 neige dynamité qui est un principe actif reconnu pour produire un bon nettoyage préalable, a également été rejeté n’ayant aucune capacité d’activation.

Une autre méthode examinée était de réaliser un traitement plasmide à basse pression qui s’avérait un processus d’activation très efficace, cependant qui ne convenait pas car le vide opéré aurait projeté le fluide sur les condensateurs électrolytiques humides contenus dans l’assemblage SMD.

La solution

Trouver un moyen pour résoudre ce problème semblait quasiment impossible pour les ingénieurs de ROHDE & SCHWARZ. Finalement, c’est à l’occasion d’un salon de l’automatisation que la solution a enfin pu être trouvée avec la technique de traitement au plasma à pression atmosphérique selon la technologie openair® de jet de plasma développée par PLASMATREAT.

Développée depuis les années 90 par PLASMATREAT, le procédé de prétraitement au Plasma atmosphérique est maintenant une solution reconnue et utilisée dans le monde entier dans tous les domaines d’applications industrielles.

A ce jour, tous ces utilisateurs confirment que cette technologie est fiable, performante et écologique. En effet, l’énergie nécessaire à la création du plasma froid est l’électricité et l’air comprimé, sans rejets de polluants organiques volatiles. Les buses de plasma ont été conçues spécialement par PLASMATREAT et sont intégrées facilement "en continu" dans les lignes de fabrication.

Peter Langhof, expert en plasma et gestionnaire du projet chez PLASMATREAT, explique cette technologie : « ... l’application du plasma Openair® s’opère en deux opérations extrêmement simples et ce en une seule étape très rapide qui ne dure que quelques secondes : A/ l’application du plasma par buse provoque simultanément le nettoyage microfin et B/ une forte activation de la surface en plastique. la montée en température de la surface de plastique pendant le traitement au plasma est inférieure à 30° C et les substrats peuvent être transportés à travers le jet de plasma à une vitesse de plusieurs centaines de mètres par minute. en l’occurrence chez ROHDE & SCHWARZ pour le prétraitement spécifiques des composants électroniques, des buses rotatives brevetées produisent une action très douce parfaitement adaptée ... »

Michael Schneider, expert en avionique, a été rapidement convaincu des pouvoirs d’activation par traitement au plasma atmosphérique, toutefois, le spécialiste de la fabrication a dû faire face à une question complètement différente : est-ce que les équipements électroniques sensibles ne subissent pas de séquelles suite à un prétraitement par plasma ? Aussi, des tests de contrôle rigoureux mis en place immédiatement, ont fait apparaître sans ambiguïté dès les premiers essais d’application du système openair® que le plasma n’avait aucunement endommagé l’électronique !

L’énergie de surface des transistors plastique qui avaient causé tout le problème initial est passé de moins de 30 dynes en phase inactivée, à plus de 70 dynes après prétraitement au plasma. L’inspection UV finale pratiquée sur chaque composante SMD avant l’assemblage a également démontré qu’il n’y avait pas une seule zone où le revêtement s’était décollé.

Mais cela ne suffisait pas encore à ROHDE & SCHWARZ pour être satisfait. Le test le plus difficile restait encore à faire !

Test d’endurance

Les exigences de l’industrie de l’aviation concernant l’intégrité et la durée de vie des composants relevant de la sécurité sont des règles indispensables reconnues dont les mises en place sont très difficiles et les contrôles incontournables.

Pour exemple, chez ROHDE & SCHWARZ un test de Burn-In est réalisé à chaque fois en post-production sur les commandes de réglage pour en contrôler la stabilité. En effet, il faut savoir que les radios des transports aériens sont rarement installées dans la zone moteur climatisée et pressurisée de l’avion. Généralement, elles sont situées dans la tête de l’avion où elles sont confrontées à des variantes de température et d’humidité très élevées. Voilà pourquoi il est si important de veiller à ce que le revêtement de protection soit entièrement lié aux composants électriques.

Même la plus petite fuite se traduirait par des infiltrations d’humidité pouvant conduire à un véritable échec du système de communications radio qui engendrerait alors une catastrophe. C’est pourquoi, pour la sécurité des passagers, les transporteurs aériens sont obligés de posséder deux ensembles d’équipement de radio à bord, le second comme sauvegarde en cas de défaillance du premier.

Si un avion atterrit avec un système radio défectueux, il doit rester à terre jusqu’au remplacement complet d’une radio de secours. L’objectif de l’essai Burn-In est donc de contrôler le bon fonctionnement en continu de l’état des composants électroniques et des cartes de circuits électroniques, permettant ainsi de vérifier la stabilité des équipements et de détecter les éventuels défauts de fabrication non décelés à la base qui pourrait générer des troubles de fonctionnement à l’usage dans le temps.

Ainsi, tous ces tests Burn-in sont opérés sur toutes les radios assemblées chez ROHDE & SCHWARZ en son usine de production allemande avant livraison, dans des conditions d’exploitation, c’est à dire sous tension et avec des antennes (Fig. 6). Le test consiste en une série de cycles frigorifiques d’ING et de chauffage de huit heures. Après un cycle de refroidissement de quatre heures à -55° c, la température dans la chambre de burn-in est poussé jusqu’à 70° c en quelques minutes et maintenue pendant encore quatre heures avant de baisser la température tout aussi rapidement pour démarrer le prochain cycle de refroidissement. ces cycles de chauffage / refroidissement sont répétés durant neuf fois, tous les trois jours.

Pendant ce temps, le système radio subit une exposition non-stop à des variations rapides et extrêmes de température. Si le plasma avait endommagé l’électronique, les composants en auraient supportés les conséquences lors de ce test. Après ce test, les résultats ont été forts concluants : Les appareils électroniques fonctionnaient parfaitement, et l’adhérence du revêtement est resté totalement stable. La technologie du plasma openair® mis en place par PLASMATREAT a fait ses preuves dans les conditions les plus difficiles.

Chez ROHDE & SCHWARZ les unités de commande produites profitent de la technologie de prétraitement au plasma atmosphérique appliqué dans le processus de production continue permettant ainsi d’assurer la sécurité de chaque radio. Le degré élevé de fiabilité du processus par cette technique et ses capacités de surveillance efficaces sont d’une importance primordiale pour RHODE & SCHWARZ.

Ces deux facteurs, combinés à la conception ergonomique de l’équipement ont convaincu Michael Schneider. Cette technologie plasma a permis à l’entreprise non seulement de réduire de nombreuses étapes du processus mais aussi pour d’améliorer la qualité du produit dans un laps de temps très rapide.

http://www.plasmatreat.fr/

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