Brevet FR2932569A1 — publié le 20091218

Dispositif de détection de pollution de cartes électroniques et procédé de détection associé Le domaine de l'invention est celui des cartes électroniques et, plus précisément, de la détection et de la mesure de leur taux de pollution. Le but de l'invention est de mettre en place les moyens et les procédés permettant de surveiller le niveau de pollution de cartes électroniques intégrées dans un calculateur durant tout le cycle de production du calculateur jusqu'à sa livraison. Les pollutions des cartes électroniques sont essentiellement de deux types : organiques et ioniques. Elles génèrent des dendrites : ce sont des migrations métalliques ou des accumulations de polluants entre deux pistes sous l'effet d'un champ électrique. La résistance d'isolation en ce point diminue, ce qui entraîne l'apparition d'un courant de fuite. Cette résistance d'isolation a une tenue en puissance limitée. Si le champ électrique augmente ou si la résistance diminue par croissance des dendrites locales, cela entraîne d'abord un échauffement, puis un charbonnage et enfin un court-circuit. Il est donc essentiel, pour limiter ces problèmes qui diminuent de façon sensible la durée de vie des cartes, que le degré de propreté des cartes soit parfaitement connu. II est à noter que ces défauts, liés à la technologie intrinsèque de réalisation des cartes, représentent aujourd'hui la majeure partie des pannes d'exploitation. Pour réaliser une caractérisation de propreté sur des cartes électroniques, on applique le procédé suivant : - Réalisation de mesures de contamination ionique ou de chromatographie ionique afin de déterminer les polluants ioniques qui vont entraîner l'apparition des dendrites qui vont générer les courts circuits entre pistes ; - Spectroscopie infrarouge afin de détecter les polluants organiques qui vont créer d'abord de mauvais contacts ou de mauvaises brasures, puis une absence d'adhérence des collages ; - Inspection visuelle des lots de fabrication par prélèvement ou échantillon témoin. Ce procédé a pour inconvénient de ne donner qu'un instantané de l'état des cartes électroniques en début de cycle. Notamment, il ne permet pas de détecter les problèmes de dendrites qui ne se forment que sous un champ électrique et qui n'apparaissent qu'après plusieurs dizaines d'heures de fonctionnement des cartes électroniques. D'autre part, il nécessite des moyens industriels importants et coûteux. Ces inconvénients se sont encore aggravés dans la mesure où certains agents de nettoyage très efficaces appartenant à la famille des hydrochlorofluorocarbones (HCFC) et plus particulièrement les foranes sont aujourd'hui interdits, compte-tenu des risques qu'ils représentent pour l'environnement. Le but de l'invention est de pouvoir surveiller simplement le niveau de pollution des cartes électroniques pendant tout le cycle de production du matériel sur lequel elles sont intégrées, jusqu'à sa livraison. Le principe de l'invention est de détecter les défauts au moyen d'une mesure de courant de fuite dans une zone de mesure spécifique dédiée à cette détection et agencée pour être particulièrement sensible au courant de fuite. Ce moyen de test peut être intégré à la carte ou reporté comme un composant. L'alarme peut être visuelle, sonore ou générer un signal électronique. Le seuil et la rapidité de déclenchement de l'alarme peuvent être ajustés selon les niveaux d'exigence de qualité et de fiabilité. Plus précisément, l'invention a pour premier objet une carte électronique comprenant au moins un circuit imprimé réalisé selon une première classe de routage et dont le pas des pistes est supérieur ou égal à une première valeur définie par ladite première classe, caractérisé en ce que la dite carte comporte des moyens de détection de pollution de la carte, lesdits moyens comprenant au moins deux pistes de détection réalisées selon une seconde classe de routage différente de la première classe, parallèles entre elles et séparées d'un pas inférieur à la première valeur, ce pas étant défini par ladite seconde classe. Avantageusement, les pistes ont la forme de peignes entrelacés. Avantageusement, les moyens de détection comportent des 35 premiers moyens électroniques de génération d'un champ électrique entre les deux pistes de détection, des seconds moyens électroniques de détection d'un courant de fuite entre les deux dites pistes, des troisièmes moyens d'alarme lorsque le courant de fuite dépasse un seuil prédéterminé et / ou des quatrièmes moyens d'enregistrement de la valeur de courant de fuite en fonction du temps. De plus, la différence de potentiel appliquée est soit sensiblement constante, soit périodique. Le dispositif de détection peut être autonome. II comporte alors, de la même façon, des premiers moyens électroniques de génération d'une différence de potentiel entre les deux pistes de détection, des seconds moyens électroniques de détection d'un courant de fuite entre les deux dites pistes, des troisièmes moyens d'alarme lorsque le courant de fuite dépasse un seuil prédéterminé et / ou des quatrièmes moyens d'enregistrement de la valeur de courant de fuite en fonction du temps. L'invention concerne également un procédé de détection de pollution d'un lot de cartes électroniques, chaque carte comprenant au moins un circuit imprimé réalisé selon une première classe de routage dont le pas des pistes est supérieur ou égal à une première valeur définie par ladite première classe, caractérisé en ce que le dit procédé comporte les étapes suivantes : � Réalisation des cartes électroniques, chaque carte comportant des moyens de détection de pollution comprenant au moins deux pistes de détection réalisées selon une seconde classe de routage différente de la première classe, parallèles entre elles et séparées d'un pas inférieur à la première valeur, ce pas étant défini par ladite seconde classe ; � Mise en place sur les cartes ou de façon indépendante des cartes de moyens de détection comportant des premiers moyens électroniques de génération d'une différence de potentiel entre les deux pistes de détection, des seconds moyens électroniques de détection d'un courant de fuite entre les deux dites pistes, de troisièmes moyens d'alarme lorsque le courant de fuite dépasse un seuil prédéterminé ou de 30 quatrièmes moyens d'enregistrement de la valeur de courant de fuite en fonction du temps ; � Réalisation d'au moins un cycle de vieillissement des cartes électroniques ; � Détermination des cartes défaillantes dont le courant de fuite a dépassé le seuil prédéterminé pendant le cycle de vieillissement ; � Détermination du taux de pollution moyen en fonction du nombre de cartes défaillantes, du temps moyen de dépassement de seuil et des paramètres du cycle de vieillissement. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non 15 limitatif et grâce à la figure annexée qui représente un synoptique général de l'invention. Le synoptique de la figure comprend : � Un circuit imprimé 10 ; � Un circuit de détection 20 de pollution implémenté sur le circuit 20 imprimé ; � Des moyens électroniques 30 de détection de pollution. Le circuit imprimé 10 comprend classiquement des pistes électroniques 11 réalisées selon une première classe de routage. On entend 25 par classe de routage un ensemble de caractéristiques permettant de définir les caractéristiques géométriques des pistes tracées. Une des caractéristiques les plus importantes définissant une classe de routage est le pas ou la distance minimale séparant deux pistes. Par exemple, la classe 5 correspond à un pas de 250 microns et la classe 7 à un pas de 100 microns. 30 Une autre caractéristique importante est l'épaisseur des pistes qui fait généralement quelques dizaines de microns. Sur le circuit imprimé, sont montés les différents composants électroniques 12 assurant la fonction électronique souhaitée. 10 35 Le circuit de détection 20 comporte : � Une source d'alimentation en tension 21. Les tensions appliquées sont comprises entre quelques volts et quelques dizaines de volts. Elles peuvent être continues ou alternatives ; � Des résistances de charges 22 ; � Des moyens de détection comprenant deux pistes de détection 23. Les pistes de détection 23 sont réalisées selon une seconde classe de routage différente de la première classe, parallèles entre elles et séparées d'un pas inférieur à la première valeur, ce pas étant défini par ladite seconde classe. A titre d'exemple, le pas des pistes du circuit peut faire 250 microns et celui des pistes de détection 100 microns. Quand on applique une tension électrique à ces deux pistes comme montré sur la figure, il se crée un champ électrique important entre les deux pistes. Si la carte est polluée, ce champ électrique favorise l'apparition des dendrites entre les deux pistes de détection. Les dendrites créent un courant de fuite i entre les deux pistes. L'apparition des dendrites dépend de plusieurs facteurs. Il y a bien entendu le degré de pollution de la carte, mais aussi la distance entre les pistes et l'intensité du champ électrique. L'apparition des dendrites dépendant du pas des pistes et de l'intensité du champ électrique, ce phénomène se produit d'abord entre les pistes de détection sans affecter les pistes fonctionnelles du circuit réalisées avec un pas plus important. Par conséquent, et c'est un avantage considérable de l'invention, on peut obtenir des dégradations du circuit de détection de pollution représentatives de l'état de pollution de la carte sans dégrader les pistes fonctionnelles. Ainsi, on peut déterminer l'état de pollution simplement et en déduire la fiabilité de la carte sans la dégrader. II est nécessaire que les deux pistes aient une certaine longueur comprise entre quelques centimètres et quelques dizaines de centimètres de façon que le phénomène soit facilement détectable. De façon à rester dans un encombrement raisonnable, de l'ordre de un à deux cm2, une solution simple consiste, comme indiqué sur la figure, à graver deux pistes entrelacées. Bien entendu, d'autres formes sont possibles selon les dispositions et la taille du circuit imprimé. Expérimentalement, on montre que, pour obtenir l'apparition de dendrites dans un laps de temps raisonnable, compris entre quelques heures et quelques dizaines d'heures, il est nécessaire que le champ électrique créé soit de l'ordre de quelques dizaines de volts/mm si les pistes de détection sont séparées de quelques dizaines de microns. On montre également que l'application d'un champ alternatif favorise l'apparition des dendrites plus efficacement qu'un champ continu. D'autres paramètres, comme la pression, sont susceptibles d'influencer la vitesse de croissance des dendrites. Les moyens de détection de pollution comprennent : � des seconds moyens électroniques 31 de détection d'un courant de fuite entre les deux dites pistes, � des troisièmes moyens d'alarme 32 lorsque le courant de fuite dépasse un seuil prédéterminé et / ou, � des quatrièmes moyens d'enregistrement 33 de la valeur de courant de fuite en fonction du temps. Les seconds moyens de détection de courant de fuite doivent être agencés pour détecter des courants électriques de l'ordre de 0.1 �A, ce qui ne représente aucune difficulté technique particulière pour l'homme du métier. A titre d'exemple, les moyens d'alarme 32 peuvent être visuels comme représenté sur la figure. Il peut s'agir de diodes électroluminescentes qui s'allument ou qui changent de couleur lorsque le courant de fuite dépasse un seuil prédéterminé. On peut envisager également d'utiliser des alarmes sonores. II peut être intéressant de déterminer les variations du courant de fuite dans le temps de façon à avoir une meilleure connaissance du processus d'apparition des dendrites et de dégradation de la carte électronique. Ces différents moyens peuvent être implantés sur la carte électronique elle-même ou dans un ensemble électronique distinct permettant, par exemple, de tester et de valider plusieurs cartes simultanément. L'invention concerne également un procédé de détection de pollution d'un lot de cartes électroniques telles que décrites précédemment, 35 le dit procédé comporte les étapes suivantes : � Réalisation des cartes électroniques, chaque carte comportant des moyens de détection de pollution comprenant au moins deux pistes de détection réalisées selon une seconde classe de routage différente de la première classe, parallèles entre elles et séparées d'un pas inférieur à la première valeur, ce pas étant défini par ladite seconde classe ; � Mise en place sur les cartes ou de façon indépendante des cartes de moyens de détection comportant des premiers moyens électroniques de génération d'une différence de potentiel entre les deux pistes de détection, des seconds moyens électroniques de détection d'un courant de fuite entre les deux dites pistes, de troisièmes moyens d'alarme lorsque le courant de fuite dépasse un seuil prédéterminé ou de quatrièmes moyens d'enregistrement de la valeur de courant de fuite en fonction du temps ; � Réalisation d'au moins un cycle de vieillissement des cartes électroniques ; � Détermination des cartes défaillantes dont le courant de fuite a dépassé le seuil prédéterminé pendant le cycle de vieillissement ; � Détermination du taux de pollution moyen en fonction du nombre de cartes défaillantes, du temps moyen de dépassement de seuil et des paramètres du cycle de vieillissement. Le dispositif selon l'invention et le procédé associé permettent d'améliorer la fiabilité de matériel électronique en détectant par des moyens simples et rapides les contaminations des cartes électroniques et l'impact sur leur fiabilité. On peut ainsi déterminer avant livraison si les cartes ont la fiabilité requise et éventuellement, apporter les corrections nécessaires sur les cycles de fabrication et de nettoyage. Ces différentes dispositions permettent également, une fois que les cartes sont montées, livrées et opérationnelles de continuer de suivre l'apparition et l'évolution des dendrites de façon à déterminer les cartes susceptibles de tomber en panne et de pouvoir intervenir avant les pannes effectives. REVENDICATIONS1. Carte électronique comprenant au moins un circuit imprimé (10) réalisé selon une première classe de routage et dont le pas des pistes est supérieur ou égal à une première valeur définie par ladite première classe, caractérisé en ce que la dite carte comporte des moyens de détection de pollution de la carte (20, 21, 22, 23), lesdits moyens comprenant au moins deux pistes de détection (23) réalisées selon une seconde classe de routage différente de la première classe, parallèles entre elles et séparées d'un pas inférieur à la première valeur, ce pas étant défini par ladite seconde classe. 2. Carte électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pistes ont la forme de peignes entrelacés. 3. Carte électronique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de détection comportent des premiers moyens électroniques (21, 22) de génération d'un champ électrique entre les deux pistes de détection et des seconds moyens électroniques (31) de détection d'un courant de fuite entre les deux dites pistes. 4. Carte électronique selon la revendication 3, caractérisé en ce 20 que les moyens de détection comportent des troisièmes moyens d'alarme (32) lorsque le courant de fuite dépasse un seuil pré-déterminé. 5. Carte électronique selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de détection comportent des quatrièmes 25 moyens d'enregistrement (33) de la valeur de courant de fuite en fonction du temps. 6. Carte électronique selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la différence de potentiel est sensiblement constante. 7. Carte électronique selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la différence de potentiel est périodique. 30 8. Ensemble électronique comprenant au moins une carte électronique selon l'une des revendications 1 ou 2 et un dispositif de détection de pollution de la carte, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte des premiers moyens électroniques de génération d'une différence de potentiel entre les deux pistes de détection et des seconds moyens électroniques de détection d'un courant de fuite entre les deux dites pistes. 9. Ensemble électronique selon la revendication 8, caractérisé en 10 ce que le dispositif comporte des troisièmes moyens d'alarme lorsque le courant de fuite dépasse un seuil pré-déterminé. 10. Ensemble électronique selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le dispositif comporte des quatrièmes moyens 15 d'enregistrement de la valeur de courant de fuite en fonction du temps. 11. Ensemble électronique selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la différence de potentiel est sensiblement constante. 20 12. Ensemble électronique selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la différence de potentiel est périodique. 13. Procédé de détection de pollution d'un lot de cartes électroniques, chaque carte comprenant au moins un circuit imprimé réalisé 25 selon une première classe de routage dont le pas des pistes est supérieur ou égal à une première valeur définie par ladite première classe, caractérisé en ce que le dit procédé comporte les étapes suivantes : � Réalisation des cartes électroniques, chaque carte comportant des moyens de détection de pollution comprenant au moins 30 deux pistes de détection réalisées selon une seconde classe de routage différente de la première classe, parallèles entre elles et séparées d'un pas inférieur à la première valeur, ce pas étant défini par ladite seconde classe ; � Mise en place sur les cartes ou de façon indépendante des 35 cartes de moyens de détection comportant des premiers 5 15moyens électroniques de génération d'une différence de potentiel entre les deux pistes de détection, des seconds moyens électroniques de détection d'un courant de fuite entre les deux dites pistes, de troisièmes moyens d'alarme lorsque le courant de fuite dépasse un seuil pré-déterminé ou de quatrièmes moyens d'enregistrement de la valeur de courant de fuite en fonction du temps ; � Réalisation d'au moins un cycle de vieillissement des cartes électroniques ; � Détermination des cartes défaillantes dont le courant de fuite a dépassé le seuil pré-déterminé pendant le cycle de vieillissement ; � Détermination du taux de pollution moyen en fonction du nombre de cartes défaillantes, du temps moyen de dépassement de seuil et des paramètres du cycle de vieillissement.