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Explicatif des caractéristiques environnementales dans les fiches technologiques

Objet

Cette fiche décrit le contenu des tableaux qui résument les caractéristiques environnementales des technologies mises en œuvre dans les blocs fonctionnels. Ces données techniques ont pour objectif de guider le concepteur dans ...

Méthodologie

Le tableau ci-après .

Type de composant Référence Technologie Boitier / Format Quantité Masse unitaire (mg) Masse totale (mg)
Circuit intégré LP5907UVX-1.8/NOPB CMOS BGA, 4 broches 1 0.4 0.4
Condensateur 2.2uF C0603C225K9PACTU Céramique CMS 0603 2 6.5 13
Circuit imprimé
FR4, 2 couches 3.3 * 5 = 16.5 mm2 1 49.5 49.5
Caractéristiques environnementales

Six caractéristiques sont 

  • Circuit imprimé : masse calculée avec l'hypothèse de 2.998 kg/m2 soit 2.998 mg/mm2 (source : base de données CODDE)
Critères de notation
  • Circuit imprimé : masse calculée avec l'hypothèse de 2.998 kg/m2 soit 2.998 mg/mm2 (source : base de données CODDE)
  • Circuit intégré : masse documentée dans la déclaration complète des matériaux (FMD) du fabricant Texas Instruments

LP5907.JPG

source : https://www.ti.com/materialcontent/en/report?pcid=216326&opn=LP5907UVX-1.8/NOPB

  • Condensateur : masse documentée dans la DataSheet du fabricant KEMET

C0603C225K9.JPG

Modélisation de la nomenclature 
Type de composant Technologie Boitier / Format Modèle de matériau / procédé des bases de données ACV
Circuit intégré CMOS BGA, 4 broches Modèle spécifique : voir ci-après
Condensateurs 2.2uF Céramique CMS 0603

Modèle générique de condensateur céramique (CMS ; conforme RoHS ; fabrication en Chine)
Circuit imprimé FR4, 2 couches 3.3 * 5 = 16.5 mm2 Modèle générique de circuit imprimé (conforme RoHS ; 2.998 mg/mm2 ; fabrication en Chine)
Modélisation spécifique de circuits intégrés

L'approche consiste à exploiter le contenu d'une déclaration de matériaux. Pour le cas présent, on dispose du tableau suivant pour le composant LDO de Texas Instruments.

Component Substance Amount (mg)

Component Level

Percentage %
Semiconductor Device


Ceramics / Glass Doped Silicon 0.263699
Sub-Total
0.263699 65,92475
Solder Bump


Copper and Its Alloys Copper 0.000616  
Nickel and Its Alloys Nickel 0.000062  
Other Nonferrous Metals and Alloys Tin 0.121116  
Precious Metals Silver 0.001479  
Sub-Total
0.123273 30,81825
Back Side Coating


Other Inorganic Materials Silica 0.007174116 55.066899
Other Organic Materials Carbon Black 0.00022045 1.692128
Other Plastics and Rubber Imidazole Derivative 4.89629E-05 0.375828
Thermoplastics Epoxy 0.005584471
 42.865145
Sub-Total
0,013028
 3,25700
Total
0.4 100

A partir de la masse de la puce (Semiconducteur device), on peut estimer sa surface de silicium en appliquant le ratio de densité du silicium (0.669 mg/mm2). Ensuite dans un logiciel d'ACV (SimaPro ou EIME), on saisit la fabrication de la puce (procédés semi-conducteur "Front-End") et son encapsulation dans le boitier (procédés semi-conducteur "Back-End"). Le tableau ci-après détaille la correspondance entre les matériaux du circuit intégré et les modèles disponibles dans les bibliothèques de données des logiciels d'ACV.

Matériau  Valeur Unité Modèle de matériau / procédé des bases de données ACV
Procédé Front-End


Puce (Doped Silicon) 0.263699 / 0.699 = 0.377253219
 mg Wafer de silicium; à l'usine de semiconducteurs ; fabrication en Chine
Procédé Back-End


Copper 0.000616 mg Production primaire de cuivre
Nickel 0.000062 mg Production primaire de nickel
Tin 0.121116 mg Production primaire d'étain
Silver 0.001479 mg Production primaire d'argent
Epoxy Thermoplastics + Silica 0.012758587
 mg Production de résine plastique renforcée à la fibre de verre
Consommation électrique  0.08 Wh 200 Wh/g de circuit intégré (source : Ecoinvent pour le Back-End des transistors) ; mix électrique Global
Modélisation de la phase d'Utilisation

Un scénario d'usage est défini pour estimer les impacts de la consommation énergétique des composants. Pour le présent bloc fonctionnel, on fait l'hypothèse d'un temps de fonctionnement de X heures par jour, Y jours par an pendant Z années.

L'impact environnemental est associé aux pertes énergétiques des typologies de convertisseurs.

Le tableau ci-après ...

Interprétation des résultats d'ACV

Après avoir modélisé les étapes "Matières Premières / Fabrication des composants" et "Utilisation" du cycle de vie, on calcule les impacts environnementaux avec la méthode européenne PEF EF3.1. On extrait les catégories d'impacts GWP (contribution au changement climatique exprimée en kg CO2 eq.)  et ADP-e (épuisement des ressources abiotiques - minerais et métaux - exprimé en kg Sb eq).

L'empreinte environnementale du bloc fonctionnel est caractérisée avec plusieurs indicateurs :

  • Masse de la BOM hors PCB (mg)
  • Surface du circuit imprimé pour équiper les composants (mm2)
  • MP / Fabrication des composants : indicateur d'impact sur le changement climatique (GWP, kg CO2 eg.)
  • MP / Fabrication des composants : indicateur d'impact sur l'épuisement des ressources abiotiques (ADP-e, kg Sb eq.)
  • Rendement énergétique (%)
  • Utilisation, en France : indicateur d'impact sur le changement climatique (GWP, kg CO2 eg.)
  • Utilisation, en Europe : indicateur d'impact sur le changement climatique (GWP, kg CO2 eg.)
  • Fiabilité : à définir
  • Réparabilité : voir avec les critères de calcul issus des travaux de Valeo

Les deux catégories d'impacts environnementaux GWP et ADP-e sont calculées par deux modélisations séparées : logiciel SimaPro (+ base de données Ecoinvent) et logiciel EIME (+ base de données CODDE). Ensuite, une moyenne des impacts est calculée.

On aboutit au tableau de synthèse de l'empreinte environnemental du bloc fonctionnel.

Masse BOM (mg) Surface PCB (mm2) MP / Fab. GWP MP / Fab. ADP-e Rendement (%) Utilisation (FR) GWP tilisation (EU-27) GWP Fiabilité Réparabilité









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