Avancées technologiques : Nous examinons les tendances technologiques qui révolutionnent l'industrie des PCB

Facteurs clés façonnant l'avenir de l'industrie des PCB :

• Les technologies en progression continuent de stimuler de nouvelles opportunités de croissance
• L'avancement des technologies dans l'électronique grand public augmente la complexité des PCB
• Miniaturisation continue des dispositifs électroniques
• Amélioration de la maintenance prédictive avec l'utilisation de l'IA
• Élargissement de l'application des PCB dans le secteur automobile

Les PCB complexes mais minuscules et multicouches d'aujourd'hui ont parcouru un long chemin depuis leurs conceptions et fonctionnalités originales, inventées au tournant du siècle et brevetées par Paul Eisler en 1943. Depuis lors, des processus de fabrication plus sophistiqués et des logiciels de conception ont également permis d'augmenter l'efficacité de la production et de réduire les coûts. Par exemple, il y a juste une décennie, les HDI, FPGA et microvias étaient exclusifs aux conceptions les plus coûteuses, mais aujourd'hui, ils sont facilement accessibles partout dans le monde.

Au cœur du jeu de l'innovation électronique, l'industrie des PCB doit suivre le rythme du changement, en mûrissant et se développant en réponse aux technologies dépendantes des PCB au fur et à mesure de leur avancement et du changement de la demande des consommateurs. Alors que les consommateurs réclament des appareils plus rapides et plus fins et que les individus comme les industries recherchent une fonctionnalité raffinée, les principaux concepteurs de PCB sont sous une pression intense pour suivre le rythme. Un exemple est la manière dont les transmissions à haute fréquence requises pour la 5G ont maintenant nécessité l'utilisation de PCB à signaux mixtes complexes, qui peuvent être très difficiles à concevoir sans les bons outils de conception de PCB.

Examinons de plus près la technologie et les tendances qui révolutionnent l'industrie des PCB.

Tendances entraînant des tendances : IA, IoT et connectivité 5G

Le marché mondial de l'IoT devrait passer de 399,41 milliards de dollars en 2022 à 1057,55 milliards de dollars d'ici 2027.

L'IA convergente, la connectivité 5G et l'Internet des Objets (IoT) ont été un moteur de changement, alimentant la croissance et les avancées dans la fabrication des PCB.

Offrant un accès à des vitesses de réseau allant jusqu'à 20 Gbps, la 5G devrait fonctionner dix fois plus vite que les réseaux LTE actuels et 20 fois plus vite que la 4G avec une faible latence (d'une milliseconde, offrant essentiellement du temps réel), et une fiabilité élevée jusqu'à 99,9999 pour cent. Cela affecte grandement le fonctionnement des dispositifs IoT en permettant à des gadgets de toutes sortes, y compris des capteurs et des machines, de communiquer et de partager des données plus rapidement que jamais, révolutionnant notre manière de vivre et, surtout, notre manière de travailler.

Là où le Wi-Fi était insuffisant dans le passé, la 5G rend possible les communications critiques en temps réel, devenant un différenciateur de fabrication et un prérequis essentiel pour les usines intelligentes du futur.

Cependant, avec le déploiement des systèmes 5G à travers le monde, leurs capacités à haute vitesse continuent de représenter un défi en termes de conception et de fabrication de cartes PCB. Pour assurer l'intégrité du signal, par exemple, les concepteurs doivent prendre en compte des facteurs tels que la largeur, la longueur des pistes, le routage, la terminaison et le blindage. Un autre problème, l'interférence électromagnétique, peut être réduit par le filtrage, le blindage, la mise à la terre et l'agencement.

Pour répondre aux besoins des applications 5G et obtenir une haute densité de circuits avec une faible perte de signal, au lieu de l'approche traditionnelle de gravure par soustraction, les fabricants de PCB utilisent la technique du processus semi-additif modifié (MSAP). Dans cette technique, là où le photorésist n'est pas présent, une fine couche de cuivre est appliquée sur le stratifié. En employant la photolithographie pour réaliser une gravure de haute précision avec peu de perte de force de signal, le cuivre entre les conducteurs est enlevé.

Miniaturisation et autres avancées croissantes dans l'électronique grand public

La présence omniprésente des PCB dans notre vie personnelle persiste alors que les consommateurs commencent de plus en plus à intégrer de nouvelles technologies dans leur quotidien, contrôlant désormais des tâches quotidiennes communes telles que l'allumage des lumières ou le réglage de la climatisation à une fraîche température de 78 degrés Fahrenheit par une simple commande vocale.

Des montres intelligentes qui surveillent tout, de vos pas à votre apport calorique, aux dispositifs intelligents qui contrôlent les lumières de votre salon, la demande en électronique grand public a explosé, entraînant des avancées technologiques dans tout, des consoles de jeux, smartphones et maisons intelligentes aux dispositifs de Réalité Virtuelle (VR) et de Réalité Augmentée (AR).

Pour répondre à la demande générée par la tendance à la miniaturisation et permettre des fonctionnalités comme le suivi du rythme cardiaque au repos sur une montre intelligente, les fabricants de PCB améliorent la fonctionnalité et les capacités grâce à l'utilisation de matériaux avancés dans les cartes de circuits tels que les polymères à cristaux liquides, le cuivre revêtu de résine et les fibres de verre.

IA pour une maintenance prédictive améliorée

Bien que l'utilisation de l'IA pour un contrôle de qualité et de production plus strict soit assez répandue dans d'autres secteurs depuis un certain temps maintenant, elle reste quelque peu inhabituelle dans la fabrication de PCB. L'IA peut aider à améliorer la production et la qualité des produits, en concevant des circuits et en fabriquant plus rapidement et de manière plus cohérente que les méthodes traditionnelles.

Les systèmes avancés d'inspection optique automatisée (AOI) basés sur l'intelligence artificielle avec ML peuvent être utilisés pour détecter des défauts tels que des composants manquants et des joints de soudure cassés, réduisant les fausses alarmes et les retards de ligne de production en capturant des images 2D/3D et en utilisant des algorithmes de reconnaissance de motifs pour comparer les images capturées à un point de référence donné.

En détectant plus rapidement les défauts, un système AOI peut aider à améliorer l'efficacité des lignes de fabrication, alerter les opérateurs de problèmes potentiels avant qu'ils ne deviennent de réels problèmes, accélérer les retouches et ainsi réduire les coûts de production globaux.

Assistées par l'IA, les machines à souder peuvent être très efficaces pour souder des circuits intégrés à pas fin, un processus critique dans la fabrication de petits composants électriques où une buse à très haute température est utilisée pour souder de minuscules composants électriques à la carte.

Les vastes quantités de données collectées par les systèmes pilotés par l'IA tout au long des opérations devraient être exploitées à leur plein avantage, soigneusement évaluées pour identifier les domaines d'amélioration, et produire des PCB de manière plus efficace et fiable. Pour améliorer la maintenance prédictive dans le processus de fabrication des PCB, des capteurs intelligents peuvent être utilisés pour capturer des données importantes qui sont ensuite analysées pour identifier les zones du processus plus sujettes aux erreurs, aidant ainsi à réduire les temps d'arrêt de la chaîne de montage et à éviter des pertes potentielles.

Les vastes quantités de données collectées par les systèmes pilotés par l'IA tout au long des opérations devraient être exploitées à leur plein avantage et soigneusement évaluées pour identifier les domaines d'amélioration, optimiser les opérations, et produire des PCB de manière plus efficace et fiable.

Pour améliorer la maintenance prédictive dans le processus de fabrication des PCB, des capteurs intelligents peuvent être utilisés pour capturer des données importantes qui sont ensuite analysées pour identifier les zones du processus plus sujettes aux erreurs, aidant ainsi à réduire les temps d'arrêt de la chaîne de montage et à éviter des pertes potentielles.

Élargissement de l'application des PCB dans le secteur automobile

Prévu pour croître à un TCAC de 7,7 % entre 2023 et 2031, la taille du marché mondial des PCB automobiles était de 13,2 milliards de dollars en 2022 et devrait être évaluée à 25,6 milliards de dollars d'ici 2031.

Selon Transparency Market Research, la demande croissante du marché pour les automobiles de nouvelle génération et l'adoption croissante de la Mobilité 4.0 devraient propulser la croissance de l'industrie des PCB automobiles. L'objectif de la Mobilité 4.0 est de développer des systèmes de transport intelligents, efficaces et durables à l'aide des technologies de pointe telles que l'IoT et l'IA mentionnées précédemment, ainsi que des véhicules autonomes.

Les consommateurs souhaitent des options de transport efficaces et pratiques qui peuvent être personnalisées, des caractéristiques offertes par les automobiles de nouvelle génération. Pour stimuler davantage le marché, afin de promouvoir la durabilité et la réduction des combustibles fossiles, les gouvernements encouragent l'adoption de véhicules électriques et hybrides par des incitations et des subventions.

Impression 3D de PCB

Au cours des dix dernières années, la technologie d'impression 3D est passée d'un moyen de prototypage à une technique permettant la production de masse, maintenant utilisée dans de nombreuses industries, y compris la fabrication de PCB. L'impression 3D utilise la fabrication additive pour construire des objets. Les substrats peuvent être imprimés couche par couche avec de l'encre liquide, puis ajoutés sur des parties qui contiennent des fonctionnalités électriques. Le processus peut être utilisé pour fabriquer des cartes PCB avec des caractéristiques et capacités uniques auparavant impossibles à travers les processus conventionnels.

Comme l'impression 3D limite les erreurs humaines, réduit les déchets et élimine le besoin de moules, outils et équipements coûteux, c'est un excellent moyen de réduire les coûts, de diminuer la consommation d'énergie et d'améliorer l'efficacité tout en permettant la conception personnalisée.

Autres avantages ajoutés :

• Prototypage et tests rapides, permettant d'accélérer la production de cartes et de permettre la personnalisation et la fabrication à la demande.
• Dans la conception des cartes PCB, l'impression 3D offre plus de place à la créativité et à la flexibilité, permettant des formes et des structures complexes et facilitant l'incorporation de multiples composants et fonctions sur une seule carte PCB.
• L'impression 3D aide à minimiser l'empreinte environnementale de la production de PCB, permettant l'utilisation de matériaux biodégradables ou recyclables et réduisant la quantité de produits chimiques dangereux et de substances par rapport à la fabrication conventionnelle de PCB.

PCB biodégradables

Pour aider à minimiser l'impact des PCB sur notre planète, les fabricants doivent travailler de manière collaborative pour promouvoir des méthodes durables, réduire les déchets électroniques non dégradables et minimiser les substances dangereuses dans l'environnement.

La dépendance de l'industrie au silicium a poussé les fabricants de PCB à trouver des alternatives plus durables, entraînant une augmentation vers des PCB organiques ou biodégradables. Les PCB biodégradables évitent l'utilisation de matériaux non biodégradables tels que les produits chimiques, les métaux et les plastiques et peuvent, par conséquent, se décomposer naturellement lorsqu'ils sont exposés à des conditions propices telles que la chaleur, l'humidité, la lumière ou les micro-organismes.

Non seulement les PCB biodégradables sont plus écologiques, réduisant la consommation d'énergie et de ressources naturelles grâce à l'utilisation de matériaux renouvelables et recyclables, mais ils permettent également de réduire les coûts grâce à l'utilisation de matériaux moins chers et plus abondants. Certains des composants qui peuvent être utilisés dans les PCB biodégradables et partiellement biodégradables incluent des bio-composites sans produits chimiques fabriqués à partir de fibres de cellulose naturelles extraites de déchets agricoles et de coproduits tels que le gluten de blé, les tiges de bananier ou les plumes de poulet.

Sources d'énergie renouvelable

L'énergie renouvelable produira 35% de l'électricité mondiale d'ici 2025 : Rapport sur le marché de l'électricité 2023 de l'Agence internationale de l'énergie (AIE) Electricity Market Report 2023.

La tendance à la durabilité derrière le passage aux PCB biodégradables stimule davantage la croissance de l'industrie alors que notre dépendance aux combustibles fossiles devient de plus en plus importante, impactant progressivement notre environnement et forçant la priorisation de la recherche et du développement de sources d'énergie renouvelables. Cela a entraîné une demande accrue de PCB utilisés dans les sources d'énergie renouvelables telles que les systèmes de contrôle des éoliennes, les onduleurs solaires et les systèmes de stockage d'énergie.

Le besoin de PCB de plus en plus complexes continuera de s'étendre. Ce qui est considéré comme la technologie de pointe aujourd'hui deviendra rapidement monnaie courante demain. Pour suivre les tendances projetées, les principaux fabricants doivent se préparer et se positionner pour supporter des structures plus importantes et l'utilisation de différents matériaux. Cela peut conduire à des besoins en nouvelles matières premières, à la modernisation des lignes de production, à l'acquisition de nouvelles machines et, bien sûr, à s'aligner avec les partenaires adéquats.