Guide de sélection des buzzers CMS : facteurs clés, soudage par refusion et applications
1. Introduction
2. Deux types de technologies de base
3. Équilibre entre format et taille, miniaturisation de la puissance acoustique
4. Assemblage CMS et brasage par refusion
5. Matrice de sélection basée sur les candidatures
6. Liste de contrôle préalable à la nomenclature et prochaines étapes
Introduction
Les objets se miniaturisent. Mais ce n'est pas une simple tendance actuelle : c'est la réalité du génie électronique. De la conception d'un traqueur d'activité physique à celle d'un capteur domotique, en passant par un système d'alerte embarqué, cette miniaturisation des circuits imprimés, visant à optimiser les fonctionnalités, est incontournable.
Le Ronfleur C'est assurément le dernier composant matériel auquel on pense lors de la conception de l'agencement, et c'est une erreur. Choisir la mauvaise pièce peut entraîner une défaillance lors du refusion, une consommation d'énergie supérieure aux besoins de la batterie, ou encore une incompatibilité avec le boîtier validé par l'équipe.
Ce blog rassemble des informations pratiques et utiles qui permettent de gagner du temps au niveau de la conception, notamment les types de technologies disponibles, les compromis liés aux boîtiers, les considérations de refusion et une matrice d'application rapide pour vous aider à sélectionner le bon buzzer CMS avant de finaliser votre nomenclature.
Deux types de technologies de base
Il existe deux types de technologies de base : les buzzers CMS magnétiques et les buzzers CMS piézoélectriques.
Le moyen le plus rapide de déterminer vos options est de connaître la physique de chaque type.
Les buzzers magnétiques CMS fonctionnent selon le principe électromagnétique. Une membrane métallique est mise en vibration par une bobine, produisant ainsi un son. Ils fonctionnent généralement avec différentes tensions (de l'ordre de 1,5 V à 5 V), ce qui facilite leur intégration dans la plupart des projets utilisant des microcontrôleurs. Leur principal inconvénient réside dans leur consommation d'énergie : les buzzers magnétiques consomment plus d'énergie que les buzzers piézoélectriques. Par conséquent, si vous les alimentez avec une pile bouton ou une petite batterie LiPo, la consommation est un facteur important à prendre en compte. En revanche, leurs basses fréquences de résonance contribuent à produire un son rond et riche, ce qui peut être bénéfique pour de nombreuses personnes, notamment celles qui ont des difficultés auditives dans les environnements bruyants.
Les avertisseurs piézo-électriques CMS utilisent un disque en céramique piézoélectrique. Lorsqu'une tension est appliquée au disque, celui-ci se déforme ; si une tension inverse est appliquée, il reprend sa forme initiale. Cette flexion mécanique permet de produire un son avec un rendement élevé. Lors de la conception d'appareils ultra-fins et d'appareils alimentés par batterie, la consommation de courant est généralement de l'ordre du microampère, ce qui fait de l'élément piézoélectrique le matériau de choix. Le son produit est plus aigu et plus strident, ce qui convient à une alarme sans ambiguïté, mais peut s'avérer très perçant dans les espaces confinés.
Passif vs actifDe quoi avez-vous besoin ?
Si le buzzer est actif, son propre circuit oscillateur est intégré. Sous tension continue, il émet un bip à fréquence constante. Cette solution présente un nombre réduit de lignes de nomenclature, une simplicité de firmware et une facilité de pilotage.
Pour émettre un son, un buzzer passif nécessite un signal PWM externe. Cela permettra à votre microcontrôleur d'effectuer davantage de tâches, tout en vous offrant une liberté totale quant à la fréquence et aux tonalités. Cette liberté est particulièrement utile lorsque votre microcontrôleur requiert des versions et des variations spécifiques d'alertes (avertissement, confirmation, défaut, etc.) ou lorsque la réglementation locale impose des spécifications concernant les fréquences d'alarme.
Cela dépend du niveau de robustesse souhaité par rapport à la minimisation du firmware et du circuit.
Équilibre entre format et taille, miniaturisation de la puissance acoustique
Petit, c'est bien, mais minuscule, ça a des conséquences. Voici ce qui se passe quand l'emballage devient de plus en plus petit.
Tailles courantes des boîtiers CMS
Il n'existe que quelques formats courants dans le secteur. Les formats 5 x 5 mm, 8,5 x 8,5 mm et 9 x 9 mm seront fréquemment utilisés à partir des références du catalogue.
La physique que vous ne pouvez ignorer
La taille de la surface rayonnante est liée au niveau de pression acoustique (SPL), exprimé en décibels, qui indique le volume sonore d'un avertisseur sonore. Un SPL plus faible correspond à un diaphragme plus petit et à un volume d'air déplacé moindre. C'est un phénomène inévitable. Si vous utilisez des avertisseurs sonores de 5 x 5 mm au lieu de 9 x 9 mm, le rendement ne sera pas le même à tension d'alimentation égale.
La fréquence de résonance varie également en fonction de la taille. Les petites sonneries vibrent à des fréquences plus élevées, ce qui peut être un avantage (sons forts, alertes et attirant l'attention) ou un inconvénient (bruit élevé et fort dans un environnement hospitalier ou médical où un avertissement plus discret est souhaité).
Orientation de l'évent : Évent latéral ou évent supérieur
Ce détail a un impact plus important que la plupart des ingénieurs ne le pensent lors de la conception d'un boîtier.
Le buzzer situé sur le port supérieur émet un signal sonore depuis le dessus (côté circuit imprimé). Il fonctionnera si une grille ou une ouverture est placée au-dessus du pied du boîtier, directement au-dessus de son point de fixation.
Le buzzer latéral, situé sur le côté du boîtier, émet un son. Il est particulièrement adapté aux conceptions où le circuit imprimé est placé à plat à l'intérieur d'un boîtier fermé muni d'une ventilation latérale, le son devant être diffusé latéralement vers cette ventilation.
Assemblage CMS et brasage par refusion
Les avertisseurs sonores sont des éléments sensibles au son. Ce sont des composants qui peuvent être endommagés par la chaleur, l'humidité et les résidus de flux de refusion si cette dernière n'est pas effectuée correctement.
Profil de température pendant le refusion sans plomb
Concernant le processus de fabrication, on utilise une pâte à braser sans plomb et la température maximale, généralement comprise entre 250 °C (482 °F) et 260 °C (500 °F), est conforme à la directive RoHS. Il est impératif de toujours vérifier les températures maximales admissibles dans la fiche technique avant de finaliser un programme de placement de composants.
L'un des problèmes liés à l'utilisation d'un profil de température supérieur aux spécifications est que vous pourriez endommager ce profil de façon permanente, mais cela pourrait ne se manifester qu'une fois la carte mise en service.
Protection contre les dommages causés par la chaleur
Dans le cas des avertisseurs magnétiques, une chaleur excessive peut réduire l'efficacité de l'aimant interne. La pression acoustique diminuant, la fréquence se modifie et le son devient plus faible qu'au départ. Ce type de dégradation est difficile à détecter lors des tests en laboratoire et ne peut être mis en évidence que lors du contrôle acoustique final.
Dans le cas des avertisseurs piézoélectriques, une température trop élevée ou trop extrême peut entraîner la fissuration du disque en céramique. Lorsqu'un disque en céramique se fissure, le signal est interrompu, l'avertisseur s'allume et s'éteint de façon intermittente, ou il tombe en panne subitement. Ces défaillances peuvent être évitées en assurant un profil thermique contrôlé et en utilisant des composants aux caractéristiques appropriées.
Protection du buzzer lors du nettoyage du circuit imprimé
De nombreux composants CMS ne possèdent pas de système d'étanchéité contre les infiltrations de liquide. Lors de l'utilisation de nettoyants aqueux après une opération de soudure, notamment dans les secteurs automobile ou médical, l'orifice sonore de ce buzzer doit être protégé des agents de décapage, des eaux de rinçage et des résidus de flux.
Toutefois, si votre ligne de production ne comprend pas le nettoyage des cartes électroniques, cela n'a aucune importance. Ne lavez le buzzer que s'il est étiqueté, ou si vous prévoyez de l'étiqueter en vue de son lavage ; ne présumez pas qu'il sera lavé, sauf indication contraire dans la fiche technique.
Matrice de sélection basée sur les candidatures
Chaque marché présente des priorités spécifiques pour ses utilisateurs finaux. Examinons cela de plus près.
Dispositifs médicaux et objets connectés intelligents
La taille et la consommation d'énergie constituent les principales limitations. La plupart des dispositifs portables ont une surface au sol de 5 x 5 mm. La consommation de courant doit être limitée aux capacités et à la chimie de la batterie.
La fréquence d'alarme est un paramètre important pour la clinique. Les normes d'alarme médicale, telles que la norme IEC 60601 et ses normes associées, définissent des plages de fréquences, par exemple de 2 à 4 kHz. En effet, l'oreille humaine est plus sensible à ces fréquences et le bruit ambiant dans les environnements cliniques est généralement inférieur à 1 kHz. Il convient de tester le niveau de pression acoustique (SPL) du buzzer à la distance de test requise et de vérifier que sa fréquence de résonance se situe dans la plage de fréquences souhaitée.
Électronique automobile (ADAS, caméras embarquées, télématique)
La principale caractéristique à prendre en compte est la plage de températures. Les composants destinés aux particuliers et aux bureaux sont généralement conçus pour des températures allant de 70 °C (158 °F) à 85 °C (185 °F), tandis que les composants automobiles sont conçus pour des températures minimales de 85 °C (185 °F) et peuvent souvent atteindre 105 °C (221 °F) ou plus. Si l'appareil est installé à proximité du compartiment moteur ou si le tableau de bord est exposé aux gaz du moteur, vérifiez la température maximale admissible et réduisez la puissance en conséquence.
Maison intelligente et capteurs IoT
Dans ce segment, les clients sont très sensibles aux prix. L'avantage, c'est que les exigences acoustiques sont généralement moins élevées : il n'est pas nécessaire d'atteindre un niveau de pression acoustique (SPL) suffisant pour être entendu dans toute l'usine, mais seulement dans un atelier.
Dans une maison connectée non confinée, le volume sonore (SPL) à distance est plus important que l'utilisation d'un dispositif portable. Dans la plupart des habitations, un avertisseur sonore suffit pour émettre des alertes efficaces ; un modèle piézo de 9 x 9 mm, avec un volume sonore compris entre 85 et 90 dB SPL, est généralement suffisant.
Le conditionnement en bande et bobine est devenu une pratique courante sur les lignes de production SMT automatisées. Vérifiez que les buzzers appropriés sont présents sur les bobines, dans l'ordre et à la longueur spécifiée par l'alimentateur de votre ligne.
Liste de contrôle préalable à la nomenclature et prochaines étapes
Vérifiez ces paramètres avant de verrouiller le composant :
Tension d'alimentation : assurez-vous que la tension de fonctionnement nominale du buzzer corresponde à votre tension d'alimentation et à vos niveaux logiques. Veuillez lire attentivement les valeurs minimales et maximales.
Consommation de courant : vérifiez la limite de courant de crête à la tension nominale en fonction de la capacité de sortie du régulateur et du budget de décharge de vos batteries.
Fréquence de résonance : Elle doit correspondre à la fréquence d’alerte requise pour l’utilisation prévue. Testez la fréquence à la tension nominale pour vérifier qu’elle se situe dans la plage cible, et non pas seulement à la tension de test nominale.
Niveau SPL : Assurez-vous simplement que la distance de mesure SPL corresponde aux exigences de test acoustique de vos produits, en tenant compte de toute atténuation de l’enceinte.
Dimensions et hauteur du boîtier : vérifiez les zones d’exclusion et les dégagements nécessaires pour votre circuit imprimé. Attention à la hauteur : les buzzers font souvent partie des composants les plus hauts sur une carte.
Vérifiez le sens d'accès au port : assurez-vous qu'il s'agit d'un port supérieur ou latéral en effectuant un test avec votre boîtier.
Format d'emballage : Assurez-vous que les bandes et les bobines sont disponibles pour la production. Comparez le nombre de bobines utilisées aux prévisions.
Plage de température : assurez-vous que votre plage de température de fonctionnement et de stockage se situe dans les limites spécifiées.
Étiquette de lavage : Obligatoire si votre ligne utilise un nettoyage aqueux après refusion.
Le meilleur'Notre équipe d'ingénierie collabore directement avec les équipes de conception, de la première ébauche à la production en série. Si vous évaluez des avertisseurs sonores CMS pour un nouveau programme ou si vous souhaitez résoudre les problèmes d'une conception existante, n'hésitez pas à nous contacter pour demander des échantillons ou une consultation technique. Nous pouvons vous recommander des références spécifiques en fonction de votre circuit de commande, de la géométrie de votre boîtier et de vos exigences acoustiques. Nous prenons également en charge les spécifications personnalisées pour les programmes qui ne correspondent pas aux options standard de notre catalogue.