Forces et faiblesses: l'ECU moderne examiné en détail

L'ECU est vraiment une pièce merveilleuse. Il est assez difficile d'intégrer autant de fonctionnalités dans un si petit boitier, mais le faire fonctionner de manière fiable dans un environnement avec des conditions très variables est une performance de taille. Bien que… la fiabilité laisse parfois à désirer. Comment peut-il encore si souvent mal tourner?

Il peut être plus pratique de commencer par quelques explications sur la technologie que nous rencontrons dans un calculateur pour mieux comprendre où sont exactement les faiblesses. Tout le monde sait que la base est constituée d'un processeur, d'une mémoire et d'un PCB (circuit imprimé), mais il y a vraiment beaucoup plus intéressant à dire.

Le PCB

Prenez le PCB lui-même: le désormais célèbre circuit imprimé vert en verre la fibre et la résine époxy sont toujours utilisées régulièrement utilisé (pensez aux calculateurs de Bosch, FoMoCo et Siemens / VDO), mais l'arrivée du matériau céramique a fait basculer de nombreux fabricants. Les cartes de circuits imprimés en céramique peuvent conduire la chaleur beaucoup mieux (et donc la dissiper) et sont constituées d'un matériau beaucoup plus fin et mieux structuré, ce qui permet une fabrication très précise. Cela a également ses avantages pour la conception de la carte de circuit imprimé, car il permet également des structures 3D très petites et compliquées. Les constructeurs automobiles sont plus qu'heureux de profiter de ces avantages, car toute forme d'espace et de poids est reçue à bras ouverts. Nous nous attendons donc à voir l'utilisation du matériau céramique encore plus dans les calculateurs à l'avenir.

Les cartes de circuits imprimés en céramique sont toujours collées sur une plaque de base en aluminium avec une pâte conductrice de chaleur. Cela a non seulement l'avantage que la chaleur (générée par les composants) est dissipée très rapidement, mais cela donne également au circuit imprimé sa force. Distorsion et vibration de la carte de circuit imprimé les éventuels dommages consécutifs à ces mouvements sont donc beaucoup moins courants avec les cartes de circuits imprimés en céramique. Par conséquent, les fractures et les fissures dans les joints fixes sont également relativement rares. L'utilisation de matériaux céramiques présente donc vraiment les avantages nécessaires et nous pouvons même affirmer que la carte de circuit imprimé verte un peu plus ancienne est en partie responsable de la fiabilité variable de certains calculateurs actuels.

Composants sur et dans le PCB

Il n'est pas surprenant que cette différence dans les cartes de circuits imprimés entraîne également une utilisation différente des composants. Une carte de circuit imprimé conventionnelle a une construction quelque peu plus grossière que la variante en céramique, de sorte que les composants eux-mêmes sont également un peu plus «robustes». La plupart des points de contact sont donc suffisamment grands pour être visibles à l'œil nu. On pourrait donc penser que ces composants sont également plus fiables que les composants fragiles plus petits sur une carte de circuit imprimé en céramique, mais curieusement, cette théorie ne semble pas être complètement correcte dans la pratique. Les composants plus gros tombent également régulièrement en panne. Les faibles coûts de fabrication pourraient-ils jouer un rôle à cet égard?

Heureusement, avec un équipement (de soudage) approprié et des compétences suffisantes, il est possible de réparer les connexions et de remplacer les composants de ces cartes de circuits imprimés souvent vertes. Même si les points de contact sont répartis sur le bas du composant, comme c'est le cas avec les processeurs tels que les BGA. Par ailleurs, un équipement spécial est nécessaire qui peut chauffer extrêmement précisément localement.

Une carte de circuit imprimé classique et les composants associés deviennent donc souvent défectueux, mais la réparation est dans de nombreux cas possible. Cependant, avec les composants utilisés sur une carte de circuit imprimé en céramique, cette histoire devient beaucoup plus difficile.

Étant donné que la conception globale peut être plus petite et plus complexe, il est également nécessaire d'utiliser des composants plus petits. Heureusement, la dissipation thermique n'est pas un problème énorme en raison de l'utilisation du matériau céramique, même si ces composants sont utilisés intégrés (= encastrés dans l'une des couches du matériau céramique), mais une fois que cette électronique délicate tombe en panne, la récupération n'est pas si facile . Les composants sont difficiles, presque impossibles, accessibles et s'endommagent rapidement. De plus, les connexions sont souvent si petites qu'elles ne peuvent pas être réparées sans microscope et équipement très avancé. Ce n'est pas impossible, mais vous devez continuer à vous demander dans chaque cas individuel si c'est toujours économiquement viable.

Connexions filaires

En parlant de connexions: en raison de la conception compacte et complexe d'un PCB en céramique, il y a beaucoup moins de choix pour les connexions à souder, mais les gens se tournent souvent vers les connexions par fil, qui, incidemment, peuvent être vraiment microscopiques. Par exemple, les connexions de fils qui vont du PCB aux fiches dans la grande image sont toujours visibles, mais les centaines de fils d'or qui relient le composant carré violet au milieu du PCB n'ont qu'une épaisseur de 50 microns et sont donc à peine visibles à l'œil nu. à observer.

Ces petits fils d'or sont également un excellent exemple pour expliquer pourquoi vous ne devriez jamais toucher des composants avec vos doigts: la chance que vous appuyez sur ces fils d'or ensemble et provoque ainsi un court-circuit est très grande.

Nous serons honnêtes: ces connexions de fils sont vraiment le talon d'Achille des calculateurs avec des PCB en céramique. Les fils ne peuvent pas résister aux vibrations et à la surchauffe, qui sont également parfois causées par des pics de tension. Habituellement, par conséquent, une couche de gel de silicone est appliquée, qui doit protéger contre les vibrations et les fluctuations de température. Cependant, cela ne nous empêche pas de rencontrer régulièrement des calculateurs avec des connexions de câbles défectueuses. Comment est-ce alors?

Pour être honnête, ce n'est pas seulement l'ECU lui-même, mais aussi l'endroit où les constructeurs automobiles montent l'ECU. Par exemple, au-dessus d'un collecteur d'admission n'est pas la position la plus tactique pour une pièce d'ingénierie sensible comme un ECU. Cependant, certaines voitures ont vraiment l'ECU ici!

Contrairement aux composants eux-mêmes, les connexions des fils sur une carte de circuit imprimé en céramique sont souvent facilement réparables, à condition que vous disposiez du bon équipement, souvent coûteux, et que vous utilisiez les méthodes appropriées. Les fils fins en aluminium ne peuvent pas être soudés sur un point de contact en or, même si en théorie il y a de la place pour cela. Mais si la soudure n'est pas la solution, comment obtenir ces connexions de fils attachées à un point de contact?

La solution à ce problème est une machine de collage par ultrasons, comme elle est également utilisée avec ACtronics. Comme son nom l'indique, des vibrations ultrasoniques sont utilisées, souvent avec une fréquence de 60 kHz, à deux les métaux (la surface de contact et le fil de liaison) à s'écouler ensemble. Nous n'entrerons pas trop dans les détails, mais nous pouvons dire que ce mode de connexion est rapide, précis et sans qu’un apport de chaleur a lieu. La technique est donc particulièrement adaptée à une utilisation sur et autour des composants délicats. De plus, la connexion réalisée est particulièrement solide: le résultat est comparable à une connexion soudée. Les fabricants d'origine utilisent la même méthode pour une raison.

La conclusion

L'arrivée du matériau céramique a vraiment fait du bien à l'ECU, car l'ancien circuit imprimé vert a ses inconvénients. Les composants semblent durer plus longtemps en raison d'une meilleure dissipation de la chaleur, les joints fixes ont moins de distorsion et de vibrations et la conception peut être beaucoup plus petite, plus légère et plus complexe. Cependant, il y a aussi un inconvénient: les connexions de fils. Maintenant, l'ECU lui-même n'est pas toujours à blâmer pour l'échec de ces connexions, mais nous ne pouvons pas nier qu'il s'agit clairement d'un point faible.