Qu'est-ce que la conception d'électronique imprimée ?

Qu'est-ce que la conception d'électronique imprimée ? La réponse est simple : il s'agit de conception électronique. Vous utilisez des théories de circuits, des calculs mathématiques et des simulations basées sur ordinateur pour réaliser la conception électronique. Vous concevez la fonctionnalité électrique et la performance d'un produit en utilisant des matériaux pour électronique imprimée. Les matériaux sont le point clé car les matériaux utilisés pour l'électronique imprimée ont des caractéristiques de performance électrique différentes de celles utilisées dans les PCB traditionnels. De plus, les électroniques sont construites de différentes manières en utilisant des matériaux pour électronique imprimée. Il est bien connu comment les pistes de PCB sont réalisées. Tout d'abord, un ingénieur électronicien les conçoit, définit les dimensions en fonction des exigences électriques, et une fois la conception prête, les fichiers de fabrication sont libérés.

Dans la fabrication, le PCB est fabriqué selon les fichiers de conception en copiant les circuits électriques sur le cuivre d'un PCB, par exemple, en exposant un film photorésist sensible aux UV masqué à la lumière UV. Ensuite, le cuivre qui n'a pas été exposé à la lumière UV est gravé. Le résultat est une piste, telle que conçue. Ses dimensions sont correctes et elle répond aux exigences électriques. Dans l'électronique imprimée, nous devons atteindre les mêmes résultats, mais avec de nouvelles règles de conception, matériaux et méthodes de fabrication.

Les entrées et sorties de la conception d'électronique imprimée sont essentiellement les mêmes que celles de la conception de PCB. L'astuce entre l'entrée et la sortie est également la même : la conception électronique. Vous devez prendre en compte les informations sur les matériaux et les règles de conception dans votre processus de conception et le résultat est les fichiers de fabrication. Les mêmes lois physiques sont valables dans la conception électronique des PCB et de l'électronique imprimée et ces dernières définissent les limites de ce qui peut être fait. Deux circuits, l'un réalisé par PCB et l'autre par électronique imprimée, peuvent avoir exactement la même fonctionnalité, mais les conceptions des circuits semblent et sont effectivement différentes. Cela est dû aux capacités et limitations physiques du matériel utilisé dans les circuits électriques. Dans les deux circuits, vous avez besoin de différences de tension appliquées sur une impédance pour obtenir un courant. Pour obtenir le même courant dans les deux circuits nécessite d'ajuster les impédances au même niveau ou de définir des niveaux de tension spécifiques au circuit. Ce sont ces paramètres que nous devons généralement ajuster dans la conception d'électronique imprimée. Nous recherchons des solutions optimales en affinant les impédances et en réglant les niveaux de tension corrects.

Dans la conception électronique, il est essentiel de connaître les caractéristiques matérielles du produit final. Pour les PCBs, vous connaissez l'épaisseur du cuivre, la résistance en feuille, ses propriétés thermiques, la constante diélectrique du matériau du PCB, etc. Les mêmes paramètres doivent être connus pour l'électronique imprimée. Quelle est l'épaisseur finale de l'encre conductrice d'argent, quelle est sa résistance au carré, quelle est la constante diélectrique du matériau du substrat ? Vous réalisez la conception électronique pour ces nouveaux matériaux. La loi d'Ohm, les lois de la théorie des circuits de Kirchhoff et les équations de Maxwell sont également applicables dans l'électronique imprimée. Il existe des centaines d'encres conductrices différentes sur le marché, chacune ayant une résistivité au carré unique. Certaines encres ont une haute conductivité (qui est généralement bien plus élevée que celle du cuivre pur), mais après durcissement, elles ne peuvent pas du tout s'étirer. D'autres encres peuvent être étirées après durcissement mais leur conductivité est encore pire. Dans la conception électronique, il est essentiel de comprendre quelle est la résistance au carré de l'encre utilisée après le durcissement final.

Un autre défi de conception est que les paramètres des matériaux utilisés dans l'électronique imprimée dépendent de la méthode de production utilisée. La manière dont vous imprimez les encres conductrices, comment vous les faites durcir, comment se comportent les autres encres imprimées en dessous du conducteur, par exemple, affecte la résistance carrée finale. Si vous changez de production, vous pourriez avoir besoin de changer la conception de votre agencement. Ou alors, la production doit être définie selon les exigences du circuit électrique de votre conception. Il est extrêmement important que vous sachiez comment se déroule la fabrication de l'électronique imprimée. Cela ne fait aucune différence dans les PCBs, vous devez savoir comment ceux-ci sont construits et quelles sont les limitations de cette production particulière, mais dans les PCBs, les méthodes de fabrication sont plus standardisées et chaque fabrication est essentiellement similaire avec de légères différences de capacités. Dans l'électronique imprimée, nous n'avons pas encore atteint ce niveau.

Les encres conductrices peuvent être imprimées par plusieurs méthodes. Les méthodes les plus utilisées sont l'impression par sérigraphie et l'impression par jet d'encre, et en cherchant sur Google, vous pouvez en trouver bien d'autres également. L'élément clé concernant le processus d'impression est de comprendre les capacités de fabrication et ses limitations. Quelle est la distance minimale que vous devez avoir entre les pistes ? Combien de couches conductrices pouvez-vous utiliser ? Quelles sont les largeurs minimales et maximales pour les pistes ? Familiarisez-vous avec les règles de conception de la production que vous allez utiliser et vérifiez la conception par rapport à ces règles de conception. Assez souvent, de nombreuses règles de conception disponibles dans les outils de conception de PCB peuvent être utilisées telles quelles dans la conception d'électronique imprimée avec des définitions de règles correctes. Si la fabrication comprend des règles de conception qui ne sont pas prises en charge par l'outil de conception électronique, cela signifie que vous devez effectuer une vérification manuelle des règles de conception. Par exemple, si vous pouvez utiliser plusieurs couches conductrices qui sont isolées par des diélectriques imprimés, cela signifie que vous avez exactement la même règle de conception entre les pistes de la 1ère et de la 2ème couche conductrice que les pistes imprimées sur la même couche. Et cela n'est pas pris en charge par les outils de conception de PCB standard.

De plus, les électroniques imprimées nécessitent des composants pour obtenir de la fonctionnalité et l'assemblage de composants sur un circuit d'électronique imprimée n'est pas un processus de soudage standard. Les matériaux typiquement utilisés dans les électroniques imprimées sont des plastiques, ce qui signifie que leurs caractéristiques thermiques sont différentes par rapport aux PCB ou FPC. Cela signifie également que les matériaux adhésifs sont différents. Les soudures à basse température, les colles conductrices ou d'autres matériaux adhésifs sont typiques pour l'assemblage de surface en électronique imprimée et ceux-ci peuvent nécessiter un empreinte spéciale pour les composants. Peut-on mettre des pistes passant sous les composants ? Avez-vous besoin de zones spéciales à éviter ? Quels types de composants pouvez-vous placer sur des électroniques imprimées ? Ce sont des questions auxquelles il faut réfléchir d'un point de vue différent par rapport à l'assemblage de surface des PCBs. En plus de cela, les fichiers de fabrication pour l'assemblage en surface peuvent être différents. Pouvez-vous utiliser un fichier de pochoir à pâte ou devriez-vous fournir une carte de distribution de colle à la place ? Vérifiez au préalable ce que l'assemblage de surface exige.

Étant donné que l'électronique imprimée est un domaine technologique relativement nouveau, les informations sur les caractéristiques des matériaux et les méthodes de fabrication ne sont pas disponibles à la même échelle que pour les PCBs. En plus de cela, il existe une grande quantité d'encres conductrices imprimées qui ont des caractéristiques électriques différentes, et cela dépend de l'équipement de fabrication et des méthodes comment les caractéristiques se retrouvent dans la pièce finie. La conception dépend de l'application des théories de l'électronique à de nouveaux matériaux et méthodes de fabrication. Pour moi, la conception électronique signifie utiliser des théories, la physique et les mathématiques pour assurer la fonctionnalité électrique et la performance. Ces méthodes nécessitent une connaissance des matériaux en entrée. J'ai constaté dans l'électronique imprimée qu'il manque des informations sur les matériaux et parfois les décisions étaient prises sans calculs derrière. Alors ce n'est pas de la conception, mais c'est de la supposition. Et cela n'est alors pas de la conception électronique.

Souhaitez-vous en savoir plus sur la façon dont Altium peut vous aider avec votre prochaine conception de PCB? Parlez à un expert chez Altium, lisez la documentation d'Altium Designer sur l'électronique imprimée ou écoutez un podcast sur les matériaux d'électronique imprimée ou sur l'électronique imprimée chez Tactotek pour en savoir plus sur l'impression de circuits électroniques directement sur un substrat.