Le cuivre autour de ce trou n’est pas une rondelle

Le désaccord, présenté honnêtement

La première est une raison distincte, et une bonne raison ; rien de ce qui suit ne la conteste. Les deux autres ressemblent à une contradiction et n’en sont pas une, car elles parlent de deux grandeurs différentes. L’une de ces grandeurs relève de l’arithmétique : commençons par elle.

Répartir la charge est une question de rigidité, et la rigidité varie comme le cube

Une rondelle répartit la charge parce qu’elle est assez rigide en flexion pour porter l’effort vers l’extérieur de la tête avant que le matériau en dessous ne cède. La rigidité en flexion par unité de largeur varie comme E × t³, et c’est ce cube qui tranche le débat. Prenons du cuivre à environ 117 GPa sur une carte de 1,6 mm à environ 20 GPa :

Sur le mécanisme précisément invoqué, répartir la charge comme le fait une rondelle, la réfutation a donc raison, et de quatre ordres de grandeur. Ce n’est pas un cas limite que l’expérience pourrait renverser. C’est le cube.

Ce que l’observation pourrait concerner à la place

La personne qui disait que le cuivre aide ne décrivait pas une expérience sur la rigidité en flexion. Sans pastille, la tête de vis porte sur le vernis épargne recouvrant la résine durcie. Avec elle, la tête porte sur du cuivre recuit. Savoir si l’une des surfaces supporte mieux que l’autre le serrage d’une tête est une question de contact et de surface, et non de répartition de la charge ; les deux se confondent parce que toutes deux se terminent par les mots « la carte est endommagée ».

Nous n’avons trouvé aucune mesure que nous accepterions de citer dans un sens ou dans l’autre ; cette page ne vous dira donc ni que la pastille aide, ni qu’elle n’aide pas. Elle dit en revanche que le débat du fil n’a jamais porté deux fois sur la même grandeur, et c’est pourquoi aucun camp n’a pu convaincre l’autre.

Le chiffre que personne dans le fil n’est allé chercher

Si l’inquiétude porte sur la vis qui endommage le stratifié, la grandeur à examiner est la surface sur laquelle la tête porte réellement. Avec la même méthode que celle utilisée ailleurs sur ce site : le diamètre minimal normalisé de la face d’appui face à un trou de passage ISO 273 :

Toute une tête M3 porte sur environ onze millimètres carrés. C’est toute la zone de contact par laquelle l’effort de serrage atteint la carte, et c’est pourquoi une rondelle change la situation alors qu’une feuille ne le peut pas.

Et les normes répondent déjà à la question posée. Les séries de rondelles plates sont au nombre de trois, et la série large existe, selon la description qu’en donnait déjà ce site, pour les matériaux tendres et les trous surdimensionnés, avec environ trois fois le diamètre nominal. Un stratifié est un matériau tendre. Quelle série de rondelles inscrire sur le plan est une décision qui a une réponse, et cette réponse n’est pas un plan de cuivre.

Deux précisions avant que cela n’aille sur une carte

• Si la pastille est connectée, c’est une autre conception. Une vis métallique traversant une pastille reliée à la masse jusqu’à une entretoise métallique est un chemin voulu, pas une décoration, et doit être dessinée comme telle plutôt qu’héritée. Ce qu’une rondelle isolante change côté électrique, et laquelle des deux distances elle modifie, est traité dans ligne de fuite, pas distance d’isolement
• Une rondelle modifie l’assemblage ; ce n’est pas un accessoire. En ajouter une change la longueur serrée, les surfaces sur le trajet de l’effort et le frottement, et c’est la partie qu’on oublie. Le matériau et la classe de dureté de la rondelle comptent ici davantage que son diamètre, car une rondelle plus tendre que les pièces entre lesquelles elle se trouve se déforme simplement, et la surface calculée disparaît

La forme générale du problème du matériau support tendre, où la limite vient du matériau et non de l’élément de fixation, est traitée dans vis dans le plastique, et la méthode utilisée pour les surfaces d’appui ci-dessus est détaillée dans la tête est plus petite que vous ne le pensez.

Le choix de rondelles auquel vous avez droit est plus étroit qu’il n’y paraît, et une seule des trois normes de rondelles plates dit à quoi sert une rondelle. La plus large est aussi la plus tendre et n’est pas prévue au-delà de la classe de qualité 6.8.

Cet article traite de l’étape 3 : tête. L’ordre complet est support, filetage, tête, empreinte, finition et documentation. L’article anglais Specifying a screw explique pourquoi le modifier entraîne une reprise.

Questions fréquentes

Le cuivre autour d’un trou de vis protège-t-il le circuit imprimé ?

Pas en répartissant la charge, qui est le mécanisme généralement invoqué. La rigidité en flexion varie comme le cube de l’épaisseur : 35 micromètres de cuivre d’une once sur une carte de 1,6 mm apportent environ six millièmes de pour cent de sa rigidité en flexion, et le cuivre devrait faire environ 0,9 mm pour égaler la carte. Savoir si le fait que la tête porte sur du cuivre plutôt que sur du vernis épargne recouvrant la résine change quelque chose aux dommages de surface est une autre question, sur laquelle nous n’avons trouvé aucune mesure que nous accepterions de citer.

Sur quelle surface une petite tête de vis porte-t-elle réellement ?

Moins qu’on ne le pense. Avec le diamètre minimal normalisé de la face d’appui d’une tête M3, 5,07 mm, face à un trou de passage moyen ISO 273 de 3,4 mm, la surface d’appui est d’environ 11 millimètres carrés. C’est toute la zone par laquelle l’effort de serrage atteint la carte, et c’est pourquoi ajouter une rondelle change la donne alors qu’ajouter une feuille ne la change pas.

Quelle rondelle mettre sous une vis sur un stratifié ?

Les rondelles plates existent en trois séries de diamètre extérieur, et la série large existe pour les matériaux tendres et les trous surdimensionnés, avec environ trois fois le diamètre nominal. En M3, cela représente environ cinq fois la surface d’appui de la tête seule. Désignez-la par son numéro de norme plutôt que par ses dimensions, et précisez aussi le matériau et la classe de dureté, car une rondelle plus tendre que ce qui l’entoure se déforme et rend la surface gagnée.

Y a-t-il alors une bonne raison de laisser le cuivre ?

Oui, et la réponse la plus votée du fil d’origine en donne une qui n’a rien à voir avec la mécanique : il repère l’emplacement du trou. Si la pastille est reliée à un plan, c’est aussi un chemin électrique délibéré à travers la vis et l’entretoise, donc une décision de conception qui doit être dessinée plutôt qu’héritée d’un réglage par défaut. Aucune de ces deux raisons n’est l’argument de la répartition de la charge.

Pourquoi les deux camps de ce débat semblaient-ils avoir raison ?

Parce qu’ils ne parlaient pas de la même grandeur. L’un parlait de répartition de la charge, une question de rigidité en flexion tranchée par le cube de l’épaisseur. L’autre parlait de ce qui se passe à la surface que touche la tête, une question de contact. Les deux aboutissent à la phrase « la carte est endommagée », ce qui explique que le désaccord ait pu durer sans qu’aucun camp se trompe sur son propre mécanisme.

Références

• ISO 14579:2011 — vis à tête cylindrique à six lobes internes ; tableau 1, d’où provient le diamètre minimal de face d’appui utilisé ci-dessus
• r/AskElectronics — le fil d’origine, avec l’argument de la rondelle, la réfutation et la réponse opposant théorie et expérience

La comparaison de rigidité est notre propre calcul et peut être refaite à partir de deux modules d’élasticité et de deux épaisseurs. Ces modules sont des valeurs typiques et non normalisées : environ 117 GPa pour le cuivre et environ 20 GPa dans le plan pour un stratifié verre-époxy, les propriétés des stratifiés variant nettement selon la qualité, le tissage et la direction. La conclusion n’y est pas sensible, car le rapport est de quatre ordres de grandeur et le module devrait être faux d’un facteur de plusieurs milliers pour la changer. Les grammages de cuivre sont une convention commerciale, pas une norme. Le diamètre de face d’appui de 5,07 mm pour M3 provient du tableau 1 d’ISO 14579, lu dans l’aperçu public, et le trou de passage de 3,4 mm correspond à la série moyenne d’ISO 273 telle que tabulée sur notre page précédente. La valeur de la série large de rondelles est approximative : elle découle de la description de cette série comme environ trois fois le diamètre nominal, et non d’un diamètre extérieur tabulé ; un plan doit porter le numéro de la norme plutôt que cette estimation. Aucune résistance de stratifié, limite en compression ni température de transition vitreuse n’est citée ici, faute de source citable ; pour la même raison, cette page ne prend pas position sur la question de savoir si une pastille protège la surface qu’elle recouvre.