CNES-Bilan qualité

Convertisseurs DC/DC
sur étagère
Bilan qualité
O. PUIG
DTS/AQ/QCP/TP
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.
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
GAIA: gamme militaire
• Technologie:
– Report de composants plastiques sur circuit
imprimé double face
– encapsulation plastique dans un boîtier
aluminium.
• Projets:
– Rosetta
– Microsat
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)
GAIA: gamme militaire
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
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)
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
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
INTERPOINT: classe H et K
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.
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)
International Rectifier
(Ex Lambda): classe H
• Technologie:
– 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
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
International Rectifier
(Ex Lambda): classe H
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
International Rectifier
(Ex Lambda): classe H
• Recommandations
• 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 52 20 03.
• Pour des projets de classe 3, les mêmes dispositions
que précédemment pourraient être allégées
• Un audit préalable du fabricant est conseillé
M.D.I.
• Technologie:
– 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
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)
MDI
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)
M.D.I.
• Recommandations
• Source non recommandée pour une utilisation
spatiale
VPT
• Technologie:
– très proche d'Interpoint
• Projets:
– Aucun
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.
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