Imprimantes 3D pour prototype de circuits imprimés : quels changements vont-elles apporter au monde de la conception de circuits imprimés ?

Vous souvenez-vous de ces premières tentatives de fabrication d'un prototype avec une imprimante à jet d’encre et de l’acide dans un Tupperware ? Imprimer, repasser, s'énerver, ré-imprimer, repasser encore, graver... Tout ce temps et toute cette frustration pour finalement aboutir à une simple radio qui produit plus de parasites que de musique. Avec ses prix exorbitants et ses délais à rallonge, le prototypage professionnel peut s'avérer aussi embêtant que le bruit blanc de ma première radio. La technologie utilisée pour cette radio est désormais obsolète et le prototypage actuel risque aussi de le devenir. La nouvelle technologie d’impression 3D ne va pas révolutionner uniquement le prototypage, mais aussi la façon dont les circuits imprimés sont fabriqués.

L’avenir de prototypage

Rien de surprenant dans le fait que vous détestiez attendre des prototypes. Le temps qu'arrive votre prototype de circuit imprimé, vous auriez probablement le temps d'inventer une nouvelle méthode de fabrication de prototypes. Heureusement pour vous, quelqu'un a déjà trouvé une nouvelle méthode. Les nouvelles imprimantes 3D utilisent la technologie des nanoparticules qui consiste à suspendre des métaux dans l’encre (je ne suis pas chimiste, donc par pitié, ne me demandez pas comment c’est fait) pour imprimer les couches conductrices. Comme avec une imprimante 3D normale, il est possible d'imprimer des couches de plastique ou d'autres matériaux pour former un substrat. L'impression en 3D permet de simplifier le processus de conception, de créer des prototypes fonctionnels et d'optimiser les conceptions. Et tout cela à moindre coût.

N'attendez plus - Je vous parlerais bien des raisons pour lesquelles les prototypes sont si longs à réaliser, mais cela ne vous intéressera pas. Moi non plus d'ailleurs. Tout ce que nous voulons savoir, c'est dans combien de temps nous aurons notre prototype. Avec les imprimantes 3D, vous pouvez créer des prototypes en interne, en une seule journée. Votre conception peut donc être modélisée et testée le même jour. Laissez-moi vous expliquer. Le nouveau logiciel de conception de circuits imprimés dispose de fonctions de simulation qui vous permettent de créer un modèle numérique. Avec une imprimante 3D, vous pouvez concevoir un modèle physique presque aussi rapidement qu’un modèle virtuel.

Faites le test dès aujourd'hui - Je sais ce que vous pensez : peut-être que ce sera fait en une seule journée, mais le circuit ne sera jamais fonctionnel. Eh bien, préparez-vous à avoir tort. Les nouvelles imprimantes 3D sont capables d'imprimer les couches conductrices : vos circuits imprimés peuvent donc vraiment être testés ! Ces couches conductrices ne se comportent pas exactement comme du cuivre gravé. Parlez-en à votre fabricant d’imprimantes 3D pour en savoir plus sur les propriétés de l’encre qu’ils utilisent pour imprimer des conducteurs.

Toujours recommencer - Un jour, tous les élèves de ma classe ont échoué à un examen universitaire. Notre professeur nous avait alors dit que recommencer était un moyen de s'améliorer, et il nous avait permis de repasser l'examen. Pour ce professeur, recommencer permettait de progresser, et nous ne cessions de refaire les mêmes exercices à la maison. Refaire des prototypes dans de brefs délais vous permettra de tester des conceptions nouvelles aussi rapidement que vous pouvez les produire.

Vous avez vu toutes ces surfaces pour SMT ?

Faites des économies - Un autre avantage qui plaira aux comptables est le faible coût des circuits imprimés en 3D. Avec des prototypes de circuits imprimés en 3D, vous allez aussi imprimer de l’argent. Pardon, c'est une blague incontournable sur un blog qui parle d'imprimantes.

L’avenir de la fabrication et de la conception de circuits imprimés

Vous avez vu les vidéos montrant des imprimantes 3D capables de fabriquer des objets extrêmement complexes. Maintenant, imaginez pouvoir intégrer des composants et des pistes à l’intérieur de ces formes complexes. Cette capacité à concevoir des circuits imprimés comme de véritables objets en 3D est sans doute le meilleur avantage de l’impression 3D. Le cube ci-dessus vous donne une idée de ce à quoi pourrait ressembler un vrai circuit imprimé en 3D. L'impression 3D permet aux concepteurs de travailler sur une plus grande surface, avec de meilleurs conducteurs, des circuits imprimés plus petits et des matériaux dotés de meilleures propriétés.

Une plus grande surface - Quel que soit le nombre de couches que vous ajoutez à un circuit imprimé, il n'y en aura toujours que deux pour les technologies montées en surface (SMT). Cette contrainte disparaîtrait avec la conception en 3D. Au lieu de monter des composants en surface, vous pourriez les intégrer n’importe où ailleurs sur la carte. Vous imaginez si vous pouviez y intégrer vos condensateurs, vos résistances et même vos circuits intégrés ? Certains composants doivent néanmoins toujours être placés sur une couche externe pour des raisons de refroidissement. Mais contrairement aux circuits imprimés basés sur un empilement de couches, un circuit imprimé 3D peut comporter 6 surfaces externes pour les SMT nécessitant un refroidissement.

Conducteurs polyvalents - Avec l’avènement de l’impression 3D, les vias et les pistes plates devraient devenir obsolètes. Les conducteurs pourraient alors être imprimés sur tout support, quelles que soient la forme et l'orientation. Vous n'aurez plus à vous demander combien de couches différentes vous seront nécessaires pour bien réussir votre matrice de billes (boîtier BGA). Avec un nombre de couches et de conducteurs 3D pratiquement infini, votre stratégie de conception deviendra un jeu d'enfant.

Des circuits imprimés plus petits -  Je sais que vous en avez assez d’entendre votre patron vous demander de « faire plus petit ». Réduire la taille des circuits imprimés est de plus en plus difficile, tandis que la tendance à la miniaturisation ne cesse de prendre de l'ampleur. La conception 3D vous permettrait de créer des circuits imprimés beaucoup plus compacts, et de les insérer dans une plus grande variété de boîtiers.

Des matériaux dotés de meilleures propriétés - Les avantages liés à l'utilisation de meilleurs matériaux ne sont pas négligeables non plus. Tant qu’un matériau peut être suspendu dans une encre, il peut être imprimé. Certaines zones de votre carte peuvent avoir un substrat spécifique. La conductivité au sein de n'importe quelle partie de votre carte peut être manipulée facilement. Même les exigences liées au flex-rigide seront respectées grâce aux performances de l’impression 3D avec n’importe quel composant de la carte, qu'il soit souple ou rigide.

L’impression 3D est en chemin, mais le logiciel de conception 3D est presque déjà là. Certaines entreprises disposent déjà de logiciels de conception de circuits imprimés capables de produire un « prototype » en 3D. Cette simulation numérique constitue un premier pas vers la véritable conception 3D qui se développera grâce à l’impression 3D. Assurez-vous de choisir un logiciel ultra-moderne, comme Altium Designer. Altium est déjà un pionnier dans le domaine de la modélisation 3D moderne, et sera certainement prêt lorsque viendra le temps de passer à la conception 3D.

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