Courant de fuite sur condensateur après passage au four

[Vozek]

Bonjour,

En entré d’un AOP ayant un courant de fuite de 20fA j’ai besoin de placer un condensateur pour filtrer le bruit électromagnétique.
L’AOP sert à amplifier une tension provenant d’une sonde pH ayant une impédance de sortie >400 MOhm.

Un simple condensateur céramique 0805 de 2.2nF X7R fonctionne mais uniquement avant de passer au four a reflux. Même en utilisant une patte basse température (165 au lieu de 240 degres C), le courant de fuite est trop grand après passage au four.

J’ai beau chercher, il n’y a pas vraiment de donnée sur le courant de fuite des différents diélectriques de capa MLCC et leur comportement après soudure. Les capas C0G auraient-ils de meilleures performances ? Quelqu’un aurait-il de l’expérience sur le sujet ?

Merci bien!

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[jiherve]

bonsoir
pas d'échappatoire il faut passer par du teflon ou du polycarbonate ou du verre et il n'y a pas sans doute que la capa pour fuiter!
je serais curieux de voir le CI!
JR

[Vincent PETIT]

Bonjour,

Un simple condensateur céramique 0805 de 2.2nF X7R fonctionne mais uniquement avant de passer au four a reflux.

Donc ça fonctionne sur table ? En simulation ?

Le courant de fuite de ta capa est de l'ordre de 20pA. Je suis surpris qu'elle change après si le profil de soudure du fabricant est respecté. Qu'est ce que tu appelles un four à reflux ? Tu veux dire à refusion ?

[Vincent PETIT]

Euh pardon, les 20pF c'est dans un de mes essais de calculs mais dans ton cas je ne peux pas le savoir.

D'après le fabricant Kemet, 2.2nF en 0805 = 1000MΩ.µF / 0.0022µF = 454 GΩ

Si tu divises la tension d'entrée de l'AOP par 454 GΩ tu auras le courant de fuite.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Vozek]

il faut passer par du teflon ou du polycarbonate ou du verre

Je vais voir ça. J'imagine que ça va être compliqué de trouver ça en 0805...

je serais curieux de voir le CI!

pHv- = V mid sur le schéma
la capa en question est entourée en bleu.
la trace qui passe à travers la capa sur les deux couches du PCB est le "guard".

Donc ça fonctionne sur table ? En simulation ?

Ça fonctionne sur le PCB sans soucis si la capa a été soudé à la main à basse temperature et très rapidement.

Qu'est ce que tu appelles un four à reflux ? Tu veux dire à refusion ?

Oui voila. ce model: https://www.amazon.fr/Redistribution.../dp/B06W9JZTWG
C'est pas super pro, mais le profil de température est respecté à 3 degrés près.

Si tu divises la tension d'entrée de l'AOP par 454 GΩ tu auras le courant de fuite.

A ces niveaux de grandeurs, je pense qu'on peut se fier uniquement aux résultats expérimentaux.

Sans capa : En plongeant la sonde dans une solution de calibration de pH 4, j'ai une tension stable de 175mV (sans amplification) après 3 à 5 secondes. Ca correspond bien ce qu'on peut attendre (59.16 mV/pH, 0 mV @ pH 7). Puis en retirant la sonde du circuit électrique, la tension à la sortie de l'ampli reste stable. Elle augmente un peu et fluctue au gré des champs électriques présents dans le labo.
>Excellente isolation à l'entré de l'AOP. Le "guard" fait un bon boulot, pas de fuite.

Avec capa en sortie du four : En plongeant la sonde dans la même solution, j'ai une tension de 151 mV après 50-70 secondes. En retirant la sonde du circuit électrique, la tension baisse rapidement (8 mV/sec) jusqu'à 0mV.
> La tension n'arrive pas à monter au même niveau que lors de la mesure sans capa. Lorsque la source de tension est retirée, la tension baisse. Conclusion : il y a un courant de fuite non négligeable qui passe à travers du condensateur. Cela empêche la tension de monter et vide le condensateur une fois la source retiré.

Avec capa soudé à la main : En plongeant la sonde j'ai une tension de 173 mV après 30 secondes. En retirant la sonde du circuit électrique, la tension baisse très lentement : 1mV toutes les quelques secondes.
> Mesure légèrement inférieur à la version sans capa, mais ça reste dans la marge d'erreur. Le délai est plus long à cause du temps de charge de la capa. Conclusion : le courant de fuite est suffisamment faible pour permettre à la sonde de charger le condensateur et maintenir une tension fiable à l'entré de l'AOP.

[Vozek]

A ces niveaux de grandeurs, je pense qu'on peut se fier uniquement aux résultats expérimentaux.

175 mV / 454 GOhm = 385 fA

Ce que je voulais dire c'est que 385 fA peut être suffisamment petit, mais il suffit que la sonde pH ai une impédance légèrement plus élevé et la mesure sera faussée par le faible courant de fuite de la capa.

[jiherve]

Bonsoir
les techno que j'ai mentionnées n'existent pas en CMS.
As tu essayé de nettoyer après brasure ?
Mais vu les isolements je suis étonné que cela puisse fonctionner car la résistivité de surface du FR4 c'est 200Gohm/square.
JR

[Exotique]

Bonjour,

Donc ça fonctionne sur table ? En simulation ?

Le courant de fuite de ta capa est de l'ordre de 20pA.

Moi je suis surtout curieux de savoir avec quoi il mesure ce courant....

[Exotique]

En dessous du nA vous pouvez oublier les matériaux et les composants traditionnels que vous évoquez ici.
Pour exemple, un simple condensateur X7R < 47nF en 0603 représente à lui seul plus de 5nA sous 50V et un 10µF/6.3V près de 1µA.
Dès l'instant que vous envisagez un support pour ces composants, associés avec d'autres et prenez en compte les caractéristiques électriques du PCB et du routage, vous ne serez jamais en mesure d'obtenir de si faibles courant de fuite.
A moins de passer sur un substrat adapté à ce type de besoin, comme dans les circuits intégrés de mesure spécialisés, mais ça restera hors de portée pour vous.
J'ajouterai que de si faibles courants seront très facilement influençables par le moindre "courant d'air ou pet de mouche" électromagnétique.

[Vozek]

les techno que j'ai mentionnées n'existent pas en CMS.

Teflon, verre et polycarbonate n'existent pas en CMS mais il y a des capa film. J'ai commandé ça, on va voir si ça marche:
https://eu.mouser.com/ProductDetail/667-ECH-U1H222JX5/

Les fabricants ne prennent pas vraiment la peine de parler du courant de fuite dans leur datasheet. Du coup je vais essayer plusieurs techno et voir si ça marche

As tu essayé de nettoyer après brasure ?

La brasure est faite au four mais je passe un coup d'acétone quand même pour retirer le flux.

Mais vu les isolements je suis étonné que cela puisse fonctionner car la résistivité de surface du FR4 c'est 200Gohm/square.
JR

Dès l'instant que vous envisagez un support pour ces composants, associés avec d'autres et prenez en compte les caractéristiques électriques du PCB et du routage, vous ne serez jamais en mesure d'obtenir de si faibles courant de fuite.

Faux, le "guard" est là pour ça. Le chemin qu'emprunte le signal provenant de la sonde est entouré d'un circuit fermé sur lequel est envoyée la même tension mais bufférisée.
Du coup le signal d'entré reste piégé dans le champs électrique du guard. Pas de fuite sur le PCB. D'ailleurs en retirant la capa, je peux vous garantir que ça marche parfaitement sur le plus simple des FR4

A moins de passer sur un substrat adapté à ce type de besoin, comme dans les circuits intégrés de mesure spécialisés, mais ça restera hors de portée pour vous.

Vu qu'on fait aussi de la RF, j'ai testé ce circuit sur un substrat céramique de chez Rogers (RO3003) possédant des caractéristique d'isolation 10^7 MOhm/cm. Les résultats étaient exactement les mêmes. Mais pour le prix de la plaque, je préfère employer un stagiaire qui soudera les capas à la main

[jiherve]

bonsoir,
oups ! j'avais oublié l'anneau de garde , mais l’acétone ce n'est pas l’idéal pour nettoyer le flux car cela s’évapore vite et laisse souvent de la "poisse".
JR

[Antoane]

Bonsoir,

Pourquoi ne pas filtrer après le premier étage d'amplification ? celui-ci ne peut servir que de buffer, avec derrière un filtre et un ampli faible bruit aillant le gain idoine.

De plus l'acétone attaque les plastiques sur la carte, c'est plutôt à éviter pour le nettoyage :
https://forums.futura-sciences.com/e...ml#post1517817
https://forums.futura-sciences.com/e...ml#post2780689
https://forums.futura-sciences.com/e...tml#post792427

[jiherve]

Re
pour le nettoyage préférer l'alcool isopropylique à 99,9 % c'est ce que j'utilise (c'est vendu pour çà) cela n'attaque rien d'autre que les salissures.
JR

[Vozek]

J'ai pris cette mauvaise habitude de nettoyer tout à l'acétone. Il faut que j'arrête, en plus c'est cancérigène !

Pourquoi ne pas filtrer après le premier étage d'amplification ? celui-ci ne peut servir que de buffer, avec derrière un filtre et un ampli faible bruit aillant le gain idoine.

Oui, c'est vrai, c'est une bonne solution à explorer. J'aime limiter les étages quand il s'agit de mesure de précision. Chaque ampli ajoute de l'erreur, en plus je suis limité en espace.

Merci à tous en tout cas

PS: j'ai reçu une notif concernant une réponse d'Exotique qui a visiblement été supprimée et qui disait :

Mais pour le prix de la plaque, je préfère employer un stagiaire qui soudera les capas à la main

C'était plus ou moins une blague de ma part concernant le stagiaire. Ceci dit, j'ai commencé comme ça en tant qu'apprenti: à souder des composants THT pour les ingés et les phases de préprod, tout comme beaucoup de monde. Il n'y a rien de mal, il ne s'agit pas non plus de ne laisser faire que ça durant le stage.
Bref, hors sujet total

[Exotique]

L'anneau de garde est à revoir, il n'est pas mis aux bons endroits si j'en crois votre schéma et votre routage, vous le positionnez sur les 2 NC du LMP7721 et la sortie du MCP6001.
Certes la doc précise de les relier à l'anneau de garde mais en l'état, c'est plutôt sur les entrées qu'il faut le positionner aussi.
Et le routage est à l'avenant, à revoir aussi...