Depuis leur invention au tournant du siècle et leur brevetage par Paul Eisler en 1943, les circuits imprimés ont évolué et progressé bien au-delà de leurs fonctionnalités d’origine.
Les circuits imprimés d’aujourd’hui sont de minuscules systèmes multicouches et complexes qui ressemblent à peine à leurs premiers ancêtres. Ils sont également produits à un rythme bien plus élevé et plus efficace que jamais grâce à des logiciels de conception sophistiqués et à des procédés de fabrication avancés. Il y a seulement dix ans, les microvias, la technologie HDI et les FPGA n’apparaissaient que dans les conceptions les plus coûteuses, mais ils sont désormais facilement accessibles aux concepteurs du monde entier.
Cependant, à mesure que la technologie et la demande des consommateurs croissent et évoluent, les circuits imprimés doivent en faire autant. En tant que base de tous les appareils électroniques, les circuits imprimés subissent une pression intense en matière de développement et de croissance. Alors que les consommateurs réclament des appareils plus fins et plus rapides, et que les industries recherchent une fonctionnalité améliorée, le circuit imprimé doit continuer à se développer à l’avenir.
Mais à quoi ressemblera exactement l’avenir des circuits imprimés ?
Avenir des PCB
Bien que les circuits imprimés modernes soient produits à des cadences incroyables avec une complexité stupéfiante, il existe toujours une marge de développement. Qu’il s’agisse de la forme même du circuit imprimé ou des accessoires fixés directement sur la carte, les consommateurs réclament en permanence des circuits imprimés et des fonctions de circuits imprimés nouveaux et différents.
Il existe également une grande marge de progression dans le processus de fabrication lui-même, car l’augmentation de la complexité des circuits imprimés introduit de nouveaux défis pour les entreprises de fabrication. C’est pourquoi la plupart des prévisions concernant l’avenir des circuits imprimés se concentrent fortement sur les domaines suivants.
1. Caméras à carte PCB
Les caméras à carte, également appelées caméras PCB, sont des caméras montées directement sur un circuit imprimé. Ces caméras PCB se composent d’une lentille, d’un diaphragme et d’un capteur d’image et sont conçues pour prendre à la fois des photos et des vidéos numériques. Au total, ces caméras ont à peu près la taille d’une pièce de 25 cents et peuvent être montées sur des PCB de toute taille. Cela signifie qu’elles sont suffisamment petites pour être intégrées dans pratiquement n’importe quel appareil électronique.
Depuis leur apparition, les caméras cartes se sont rapidement développées, la prise de vue photo et vidéo ainsi que la durabilité étant les principaux axes d’amélioration. Aujourd’hui, ces petites caméras peuvent capturer aisément des images et des vidéos en haute résolution. Dans les prochaines années, les caméras cartes devraient évoluer encore davantage, offrant des solutions puissantes pour l’industrie comme pour l’électronique grand public.
En raison de leur taille, les caméras cartes ont plusieurs applications dans une variété de secteurs. Celles-ci incluent :
•Électronique grand publicLes caméras sur circuit imprimé ont trouvé une grande utilité dans l’électronique grand public, en particulier dans les appareils mobiles portatifs. Aujourd’hui, les smartphones, les tablettes, les ordinateurs portables et d’autres petits appareils électroniques portatifs utilisent couramment des caméras sur circuit imprimé. Les entreprises d’électronique grand public s’efforcent constamment de proposer des caméras plus petites et plus performantes.
•Instruments médicauxEn particulier, les petites caméras sur carte ont trouvé une niche dans le secteur médical pour les procédures non invasives et mini-invasives. Des caméras de la taille d’une pilule sont désormais utilisées et peuvent être avalées par les patients afin que les médecins puissent obtenir des vidéos et des images complètes de l’intérieur du tube digestif sans chirurgie invasive. De plus, les caméras portables gagnent du terrain pendant les opérations en tant qu’outil pédagogique.
•Technologie de surveillance: En raison de leur très petite taille, les caméras sur circuit imprimé sont faciles à dissimuler à l’intérieur d’objets, ce qui en fait un excellent choix pour des usages de surveillance. De nombreux particuliers, sociétés de sécurité et organisations utilisent ces petites caméras pour surveiller leurs domiciles et leurs entreprises contre les intrusions. À mesure que la technologie s’améliore, leurs applications en matière de surveillance ne cessent de se développer.
Ces secteurs ne sont que quelques exemples de la manière dont les caméras cartes peuvent être utilisées et de la façon dont les tendances pourraient se poursuivre à l’avenir. En l’état, l’industrie des caméras cartes s’oriente davantage vers des caméras cartes personnalisables, à la fois de haute qualité et durables. L’amélioration des capacités jour/nuit et en faible luminosité est également en cours de développement afin de contribuer à améliorer les applications d’imagerie médicale et de surveillance.
2. Électronique imprimée en 3D
La technologie d’impression 3D est probablement l’une des innovations technologiques les plus passionnantes de ces dernières années. Des organes imprimés en 3D aux armes à feu et aux munitions, l’impression 3D a accompli des choses incroyables dans une variété de secteurs. L’industrie des PCB ne fait pas exception.
L’impression 3D s’est révélée essentielle pour l’une des grandes innovations en matière de PCB de ces dernières années : l’électronique 3D imprimée. Les électroniques 3D imprimées, ou 3D PE, sont appelées à révolutionner la manière dont les systèmes électriques seront conçus à l’avenir. Ces systèmes créent des circuits 3D en imprimant un substrat, couche par couche, puis en ajoutant par-dessus une encre liquide qui contient des fonctionnalités électroniques. Des technologies de montage en surface peuvent ensuite être ajoutées pour créer le système final. Le résultat est un circuit qui peut prendre n’importe quelle forme imaginable.
La PE 3D peut potentiellement offrir d’immenses avantages techniques et de fabrication tant pour les entreprises de fabrication de circuits que pour leurs clients — en particulier par rapport aux PCB 2D traditionnels. Ces avantages incluent :
•Nouveaux designsEn permettant d’imprimer des circuits sur une forme existante, les techniques de fabrication de PE 3D permettent aux circuits d’adopter des formes nouvelles et incroyables qui étaient tout simplement impossibles avec la fabrication traditionnelle de PCB. Les PE 3D peuvent être façonnés pour s’adapter à tout support de circuit tout en combinant des fonctions électroniques, optiques et mécaniques. Cela permet de nouvelles fonctionnalités produits et des optimisations. Non seulement les PE 3D peuvent être façonnés, mais ils peuvent également être mis à l’échelle pour être imprimés sur des composants plus grands que tout ce qui est possible avec les méthodes de fabrication de PCB 2D.
•Efficacité amélioréeÉtant donné que la fabrication de PE 3D est un procédé additif qui utilise des méthodes numériques, elle est bien plus économe en matériaux que la fabrication de circuits imprimés 2D. Le système n’applique que la quantité de matériau nécessaire, pas davantage, ce qui permet une utilisation plus efficace des matériaux. De plus, l’aspect numérique du processus de production augmente la précision globale en éliminant les sources d’erreur humaine. Bien que les circuits puissent encore parfois échouer avec cette méthode, l’automatisation accrue réduit la probabilité de défaillance, améliorant ainsi l’efficacité globale.
•Respectueux de l’environnement: Étant donné qu’il n’existe aucune limitation réelle quant au type de matériau de substrat pouvant être utilisé dans la fabrication 3D PE, les fabricants de circuits imprimés peuvent choisir n’importe quel matériau qu’ils souhaitent. Cela facilite grandement une production respectueuse de l’environnement, puisqu’ils peuvent opter pour des matériaux recyclables et peu coûteux.
En raison de ces avantages, la production de PE 3D a progressé rapidement et se dirige vers une production de masse à grand volume. Bien que les applications de PE 3D soient relativement limitées à l’heure actuelle, se cantonnant principalement aux jauges, antennes et capteurs, un volume important de recherches est consacré à l’extension des capacités de fabrication des PE 3D. Cela inclut le développement des types de surfaces sur lesquelles ils peuvent être imprimés, des types de composants CMS qui peuvent y être ajoutés et des outils de fabrication pouvant être utilisés pour les imprimer.
De nombreux leaders de l’industrie s’attendent à ce que le secteur du PE 3D se développe rapidement, à mesure que les entreprises manufacturières et les industries de consommation découvrent de nouvelles méthodes et applications pour la technologie PE 3D.
3. Placeurs automatiques de circuits imprimés
La plupart des circuits imprimés (PCB) actuels intègrent un autorouteur dans leur conception. Ce composant de PCB achemine les fonctions électroniques à travers la carte afin de modéliser les caractéristiques de la configuration du PCB, rendant ainsi le processus d’automatisation beaucoup plus simple.
Cependant, les autorouteurs sont difficiles à créer et à configurer, ce qui demande beaucoup de temps et de main-d’œuvre. En raison de cette difficulté, le temps gagné grâce à l’automatisation est perdu dans le processus de configuration. Pour cette raison, de nombreux fabricants et concepteurs de PCB se tournent vers les autoplacers comme alternative. Les autoplacers rendent le processus d’automatisation beaucoup plus rapide en tentant d’intégrer les systèmes de CAO mécanique et électrique, ce qui simplifie le processus de fabrication. À ce jour, les outils de placement automatique n’ont pas encore été adoptés par l’ensemble de l’industrie de fabrication de PCB. La raison réside principalement dans la différence entre les contraintes des autoplacers et celles des autorouteurs :
•Routage automatique: Les contraintes de routage sont principalement dictées par les caractéristiques de la carte, qui peuvent être facilement modélisées dans l’environnement de conception de PCB. Ces propriétés incluent le nombre de couches, l’espacement entre les pistes, les distances de connexion et les directions des couches.
•Autoplacers: Les contraintes qui dictent le placement des composants peuvent être déterminées par des considérations mécaniques. Celles-ci incluent la forme du boîtier du produit, des questions ergonomiques comme le positionnement des boutons, la dissipation de chaleur et l’optimisation du pick-and-place.
Les contraintes qui régissent le fonctionnement des autoplacers n’ont pas nécessairement un lien avec la conception de la carte, mais plutôt avec la conception du produit. Cela peut représenter une surcharge de travail considérable pour les concepteurs, car ils doivent prendre en compte bien plus que la seule conception du PCB. Bien que les autoplacers puissent accélérer de manière significative les processus de fabrication par rapport aux autorouteurs, cela dépendra principalement de l’optimisation de la gestion des contraintes de l’autoplacer. C’est là qu’une nouvelle technologie doit entrer en jeu.
La technologie de conception de circuits imprimés (PCB) est en plein essor récemment, et avec elle l’idée de systèmes de CAO intégrés. Étant donné que les autoplacers reposent à la fois sur les aspects de conception électrique et mécanique, un système de CAO électrique et mécanique intégré, qui applique des contraintes dans les deux domaines, est nécessaire pour rendre les autoplacers plus efficaces.
Avec l’adoption de ces choix de logiciels de conception, les autoplacers deviennent progressivement l’alternative la plus efficace aux autorouteurs. Ce passage des autorouteurs aux autoplacers devrait apporter de réels avantages au processus de conception de circuits imprimés.
4. Capacités à grande vitesse
Le monde d’aujourd’hui est incroyablement rapide, ce qui exige que les personnes comme les technologies évoluent tout aussi vite. Au fil des années, nous nous attendons à ce que les choses deviennent encore plus rapides – y compris l’électronique. Pour permettre à nos appareils de suivre cette demande croissante de vitesse, la technologie des circuits imprimés devra s’adapter en conséquence.
Les circuits imprimés haute vitesse constituent un sujet particulier pour les concepteurs, principalement parce que la définition d’un circuit imprimé haute vitesse est relativement floue. La définition généralement admise d’un circuit imprimé haute vitesse est celle d’un circuit dans lequel l’intégrité du signal est affectée par la disposition du circuit. Cela peut signifier différentes choses :
•Signal numérique: Dans les signaux numériques sur circuits imprimés, l’information est contenue dans les impulsions numériques. Par conséquent, les effets sur l’intégrité du signal peuvent se manifester par des signaux numériques retardés ou annulés.
•Signal analogique: Dans un circuit analogique à haute vitesse, l’information réside dans la forme du signal. Dans ces cas, les problèmes d’intégrité du signal se manifesteront par des formes de signal altérées.
Dans les deux cas, l’intégrité du signal peut être affectée négativement par plusieurs facteurs, à la fois dans et autour du PCB. Ceux-ci incluent le diélectrique du PCB, la longueur des pistes, la proximité d’autres signaux et les interférences électromagnétiques (EMI), entre autres facteurs. De nombreux concepteurs de circuits haute vitesse savent comment ajuster leurs conceptions pour atténuer ces problèmes, mais de nouvelles méthodes sont constamment en cours de développement, ainsi que de nouveaux outils logiciels pour gérer les conceptions haute vitesse.
Pour plus d’informations sur les techniques actuelles de conception de circuits imprimés haute vitesse, visitez notre page de ressources sur la conception de circuits imprimés pour lire nos articles surAstuces de conception haute vitesseet commentréduire l’influence des EMI dans les conceptions haute vitesse.
À mesure que les fonctionnalités à haute vitesse continuent d’être fortement demandées à l’avenir, les innovations en matière de circuits imprimés axées sur les conceptions haute vitesse continueront d’être recherchées. Les spécialistes de l’industrie des PCB s’attendent à ce que les innovations haute vitesse continuent de constituer une part importante de l’avenir des PCB.
5. Un accent sur les circuits imprimés flexibles
L’industrie des PCB est déjà un secteur en forte croissance, certaines études estimant que le marché passera de 63,5 milliards de dollars en 2016 à 73,8 milliards de dollars en 2021. Cependant, le segment à la croissance la plus rapide de l’industrie des PCB estcircuits imprimés flexibles - prévus pour atteindre 15,2 milliards de dollars d’ici 2020 et 27 milliards de dollars d’ici 2022.
Entre l’électronique portable, les écrans flexibles et les applications médicales, la technologie flexible pousse l’industrie de plus en plus vers les circuits imprimés flexibles et flex-rigides. La technologie des circuits imprimés flexibles dépasse déjà les circuits rigides en termes de croissance des ventes, ce qui signifie que l’avenir s’annonce prometteur.
Alors, pourquoi les circuits imprimés flexibles sont-ils si populaires ? En raison de leur flexibilité, les circuits imprimés flexibles peuvent supporter davantage de contraintes et de flexions que les circuits rigides et peuvent même être pliés pour s’adapter à des espaces 3D difficiles, ce qui les rend utiles pour des applications où la flexion est fréquente. Ils ont également tendance à être très légers et fins, tout en restant relativement faciles à fabriquer en grande série.
Plusieurs secteurs poussent la tendance vers les circuits imprimés flexibles, notamment :
•Éclairage LED: L’éclairage LED est extrêmement populaire en tant qu’alternative lumineuse mais économe en énergie aux ampoules à incandescence traditionnelles. Pour les rubans LED, la flexibilité est essentielle sur toute la longueur du ruban afin que les clients puissent le plier selon leurs besoins. Les circuits imprimés flexibles apportent cette fonctionnalité indispensable.
•Technologie portableAujourd’hui, les dispositifs électroniques portables deviennent de plus en plus populaires, et le marché mondial devrait atteindre 30,6 milliards de dollars d’ici 2020. Ces appareils électroniques sont souvent intégrés dans des vêtements et des accessoires flexibles tels que des chaussettes intelligentes, des ceintures et des bracelets. Même certains casques de sport intègrent désormais des capteurs, utilisant des circuits imprimés (PCB), pour surveiller les chocs et la vitesse. Des circuits imprimés flexibles sont nécessaires pour ces applications, à la fois pour assurer la flexibilité et pour résister aux chocs et aux vibrations.
•Écrans flexiblesLes écrans flexibles suscitent de l’intérêt depuis des années, mais restent encore relativement rares et ne sont pas encore d’usage général en raison de leurs coûts de fabrication élevés. Cependant, une fois que ces coûts de production auront diminué, les appareils flexibles devraient devenir la prochaine grande tendance dans la technologie mobile. Capables de mieux supporter les chocs et les contraintes que les conceptions rigides classiques, les écrans flexibles devraient conduire à l’apparition de smartphones et de tablettes flexibles. Cela exigera probablement que tous les autres composants de l’appareil soient également pliables, y compris les circuits imprimés (PCB).
•Instrumentation médicaleJusqu’à présent, l’innovation dans le domaine des dispositifs médicaux s’est principalement concentrée sur deux tendances technologiques : la miniaturisation et la flexibilité. Les circuits imprimés flexibles (PCB flexibles) permettent aux concepteurs de dispositifs médicaux de réaliser ces deux objectifs, en offrant un circuit compact sur un substrat flexible. Les PCB flexibles sont également appréciés pour leur fiabilité et leur biocompatibilité, car leurs connexions sont constantes et leurs substrats sont compatibles avec le contact des tissus humains. Pour ces raisons, les PCB flexibles sont devenus un élément essentiel de nombreux dispositifs médicaux et sont utilisés dans les instruments chirurgicaux, les dispositifs médicaux implantables, les moniteurs et les capteurs.
En raison de leur flexibilité, à la fois au sens propre et au sens figuré, les circuits imprimés flexibles ont trouvé de nombreuses applications dans l’industrie, ce qui en fait un produit très demandé. Les acteurs du secteur des circuits imprimés peuvent s’attendre à voir de nombreux autres modèles de circuits imprimés flexibles devenir très recherchés dans un avenir proche si cette tendance se poursuit.
6. PCB biodégradables
Les déchets électroniques, également appelés e-déchets, comptent parmi les plus grandes préoccupations environnementales de l’ère moderne. Ce type de déchet comprend des objets électroniques tels que les ordinateurs, les ordinateurs portables, les téléviseurs, les smartphones et les appareils ménagers, dont beaucoup contiennent des composants qui ne sont ni biodégradables ni respectueux de l’environnement. Bien que le recyclage des déchets électroniques soit devenu populaire ces dernières années, les e-déchets restent un problème, car les gens cherchent des moyens de se débarrasser de leurs anciens appareils électroniques.
Les PCB constituent une grande partie de ce problème. Certains matériaux de PCB ne se dégradent pas très bien et finissent souvent dans des décharges, polluant le sol environnant. Ce problème est aggravé par le fait que les produits chimiques utilisés lors du processus de fabrication des PCB sont souvent nocifs pour l’environnement s’ils ne sont pas correctement éliminés.
Compte tenu du nombre d’appareils électroniques qu’un consommateur moyen utilise au cours d’une décennie, ainsi que de la tendance de l’industrie à produire des équipements électriques de courte durée de vie, cela peut entraîner une grande quantité de circuits imprimés jetés, nuisibles pour l’environnement.
De nombreuses solutions ont été proposées à ce problème, allant du rejet massif des déchets à des services organisés de collecte de déchets électroniques. Certains acteurs soutiennent même l’idée d’extraire des métaux précieux des déchets électroniques, comme le palladium, l’argent, l’or, le gallium et le tantale, afin de les réutiliser en les fondant et en les raffinant. Cela permettrait, à son tour, de réduire la pression exercée sur les sociétés minières pour produire d’énormes quantités de métal pour l’industrie électronique.
En ce qui concerne spécifiquement les PCB, certains scientifiques proposent de s’attaquer au problème de la pollution en modifiant les procédés de fabrication des PCB. Cela impliquerait de remplacer les substrats traditionnels par des alternatives plus respectueuses de l’environnement. Les substrats biodégradables font actuellement l’objet d’un examen approfondi, tout comme les alternatives qui ne nécessitent pas de produits chimiques de gravure nocifs pour achever le processus d’assemblage.
Les deux contribueraient à réduire l’impact environnemental de l’industrie électronique dans son ensemble et pourraient potentiellement aider à diminuer les coûts d’assemblage et de fabrication.
Autres avancées futures dans l’industrie des PCB
Les améliorations et innovations dans l’industrie des circuits imprimés mentionnées ci-dessus ne se suffisent pas à elles-mêmes. De nombreuses autres innovations potentielles se trouvent juste au-delà de l’horizon technologique.
L’une de ces avancées est l’idée des PCB en tant que composants système actifs. À l’heure actuelle, les PCB sont utilisés comme composants de connexion dans l’électronique, relayant les signaux entre les composants actifs afin que l’appareil dans son ensemble puisse fonctionner. Les ingénieurs travaillent actuellement à faire des PCB eux-mêmes des systèmes actifs, réduisant le nombre de composants sur le PCB tout en maintenant la fonctionnalité.
D’autres avancées concernent l’interaction entre ces innovations. Par exemple, la fabrication 3D de PE élargit la gamme de matériaux pouvant être utilisés pour les circuits. Cela rend l’utilisation de matériaux de substrat flexibles et biodégradables plus réalisable. En combinant ces idées innovantes, les concepteurs de PCB peuvent réaliser de nouveaux designs remarquables qui font progresser l’industrie des PCB.
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