Les PCB flexibles et l'Internet des objets : la mutation rapide de la conception des circuits imprimés

En tant que concepteur de PCB, j'ai vu mon travail évoluer du tout au tout au cours des vingts dernières années. À la sortie de mes études à la moitié des années 90, mes premiers projets étaient centrés sur l'un de ces deux aspects : les ordinateurs ou leurs périphériques. De temps en temps, il y avait bien une chaîne stéréo ou une radio à développer, mais 90 % de mon temps de travail était consacré à des cartes mère pour ordinateur de bureau, ou à des projets similaires. Sur ces systèmes volumineux, il y avait de la place pour travailler. Le tout, sur une carte mère à double couche. C'était une autre époque. Mais les temps ont changé, heureusement.

La connexion au cloud est une fonctionnalité indispensable

Revenons à aujourd'hui. Je réalise toujours des circuits imprimés pour des ordinateurs, mais les gros boîtiers beiges ont disparu à l'avènement de l'Internet des objets. Grâce aux ordinateurs embarqués, de nouveaux appareils et gadgets ont vu le jour, tout particulièrement dans la « maison intelligente ». Machines à café, bouilloires, réfrigérateurs, luminaires, montres et même voitures : les objets du quotidien adoptent cette technologie du XXIe siècle. Avec des fonctionnalités intégrées comme le contrôle dans le cloud, l'accès à distance et l'apprentissage automatique (comme quand votre climatisation se lance tandis que vous rentrez du travail), on sent que le futur est là. Évidemment, pour les concepteurs PCB et les ingénieurs électriques, ces appareils sont bien plus que des accessoires bizarres qui servent à impressionner les invités.

L'Internet des objects : une complexité inattendue

Pour des raisons évidentes, construire un PCB pour un appareil connecté est un vrai défi. L'espace est une contrainte forte : la plupart des objets connectés sont de petits appareils, des télécommandes ou des accessoires vestimentaires destinés au grand public, qui aime les objets élégants et compacts. En plus, la plupart de ces appareils ne sont pas imaginés sur la base du matériel électronique qu'ils doivent contenir. Pour la plupart, c'est l'esthétique qui prime, ne laissant que des emplacements étroits et irréguliers au hardware. Enfin, il y a le problème de la performance. Personne ne veut d'un frigo qui vous dit Patientez, chargement en cours », ou d'une smartwatch qui demande de se lever de bonne heure pour réussir à lancer Youtube. Le circuit imprimé sera peut-être coincé entre des circuits intégrés (IC) et un voire deux systèmes sur puce (SoC). N'oublions pas la fiabilité : les consommateurs qui achètent ces gadgets ne s'attendent pas à les voir tomber en panne. Quels que soient vos choix de conception, Il faut partir sur des bases solides. L'époque des larges espaces est révolue : il n'y a plus de place pour l'erreur, ni pour le superflu. Maintenant que vous avez compris le défi, vous vous demandez sûrement ce que font les concepteurs malins ?

Les montres connectées sont un exemple typique de l'Internet des objets. Elles doivent embarquer de hautes performances dans un boîtier de petite taille.

PCB flexibles : les incontournables de I'Internet des objects

Laissez-moi partager une expérience personnelle. Partons du postulat que les cartes mère double couche dont je vous ai parlé sont hors-jeu, car elles n'offrent pas des performances suffisantes dans un espace réduit. Vous vous demandez sûrement ce qu'il en est des cartes mère multicouches haute densité ? Elles sont certes performantes, mais si j'en crois mon expérience, elles posent plus de problèmes qu'elles n'en résolvent. De nombreux objets connectés – tout particulièrement les accessoires vestimentaires – sont transportables, et ces cartes mère se brisent facilement. En outre, elles doivent s'insérer dans un espace plat. La solution semble évidente, et de nombreux concepteurs d'objets connectés sont arrivés à la même conclusion.

Les PCB flexibles sont devenus les circuits de référence des objets connectés, passant du statut de technologie obscure aux feux de la rampe. Fabriqués à partir de couches de polyimide, les PCB flexibles sont capables d'offrir les mêmes spécifications que les circuits imprimés rigides. Ils sont à la fois polyvalents et fiables sur le long terme, et ont démontré leur utilité dans les applications de l'Internet des objets. Mieux encore, leur nature flexible leur permet de s'adapter à la géométrie inhabituelle et aux petits espaces des objets connectés. J'ai pu tirer parti de l'espace derrière des bases et des dalles courbes à de nombreuses reprises. Nul besoin de nombreux connecteurs et des câbles plats, qui peuvent être très volumineux. En théorie, vous pouvez même créer un produit capable de s'insérer dans des objets connectés de forme variable (pour le plus grand plaisir de mon patron). Les PCB flexibles et les objets connectés sont faits pour s'entendre.

Il y a tant d'entreprises – grandes et petites – qui se lancent dans l'Internet des objets que vous serez probablement amené(e) à travailler sur un projet connecté dans un futur proche. Évidemment, si vous êtes aussi sceptique que je l'étais, vous ne serez peut-être pas rassuré(e) à l'idée de concevoir un PCB flexible. Étant donné les défis associés aux projets d'objets connectés, pourquoi compliquer encore la situation ? Mais l'intérêt est évident : s'intéresser aux PCB flexibles permet au marché de l'Internet des objets de grandir, et de produire de meilleurs PCB flexibles. Il y a huit ans, je me rappelle avoir vu auprès d'un vendeur un prototype de PCB flexible, dont le principe était relativement simple. Aujourd'hui, on est souvent en contact avec des composants modernes montés en surface (SMT), la technique microvia, des substrats multicouches et des matrices de billes (BGA). Grâce à l'expansion du marché, les fabricants peuvent offrir ces fonctionnalités à bas prix. Avec un budget donné, les possibilités de conception des PCB flexibles se sont multipliées.

En fait, une analyse des coûts et bénéfices des PCB rigides révèle qu'ils ne sont plus forcément les plus intéressants. Les PCB flexibles se sont également renforcés et sont plus fiables. Par contre, ce qui n'a pas changé, c'est le processus de conception. Travailler sur votre PCB dans un environnement CAD sera très similaire : disposer les traces, sélectionner et placer les composants et ajouter des couches supplémentaires. En plus, de nombreux packs de conception récents sont conçus pour gérer les conceptions flexibles et vous aident à sélectionner les dimensions et la géométrie. Quoi qu'il arrive, si vous n'avez pas encore adopté les PCB flexibles, la conception des circuits imprimés continuera à suivre l'évolution de l'Internet des objets. Si les PCB flexibles ne vous ont pas encore convaincu, ils seront formidables dans le futur.

J'espère que vous êtes aussi enthousiaste que moi à l'idée de travailler avec des PCB flexibles. La technologie et les outils de conception ont énormément évolué ; avant de vous plonger dans le monde de l'Internet des objets, il peut être utile de faire l'inventaire des outils et des ressources dont vous disposez. Les PCB flexibles ont avancé, mais qu'en est-il de votre solution de conception de circuits imprimés ? Êtes-vous équipé(e) pour gérer les technologies les plus récentes et les plus performantes ? Altium offre de multiples solutions adaptées à vos besoins, qui vous permettront d'optimiser votre travail. Leurs solutions de conception de PCB pour les professionnels sont élaborées pour appréhender les défis variés de la création de produits dans l'Internet des objets. Compatible avec la conception de PCB flexibles, doté d'outils de test exhaustifs et d'une interface intuitive, le logiciel d'Altium est une base solide et fiable pour votre prochain projet d'objet connecté.