Tous les matériaux minces peuvent-ils fléchir ?

Tara Dunn
|  Créé: September 23, 2019  |  Mise à jour: January 2, 2021

Raconter des batailles remportées pendant la conception des circuits flexibles peut être une source de divertissement intarissable entre "geeks" du PCB. La vérité est toute autre. Les meilleures histoires sont en fait basées sur des longues heures de frustration. Une fois la frustration oubliée, nous retrouvons assez d'humour pour tirer clairement la vraie leçon de notre expérience. Récemment, on m’a raconté un histoire, que je veux partager avec vous aujourd’hui, parce qu’elle contient une leçon très utile sur la sélection des matériaux flexibles.

Pourquoi ce circuit flexible ne fonctionne-t-il pas correctement ?

D’abord je vous donne un minimum de contexte. Un fabricant OEM, une jeune entreprise médicale, avait développé sa première application "portable". Son produit n'était pas une montre intelligente, ou une application de type « fit bit », mais plutôt un dispositif fixé à un vêtement. Il a un rôle de monitoring médical, permettant de surveiller une condition spécifique et de transmettre des données à un établissement médical. L'équipe de développement a pris la décision de concevoir un circuit flexible pour cette application afin d’offrir des avantages en termes de finesse et de légèreté. C’était la toute première conception de circuit flexible de cette équipe de développement. Mais personne dans l'équipe n'avait d'expérience en matière de conception basée sur des matériaux flexibles. En fait, l'équipe avait très peu d'expérience en matière de conception de PCB en général. 

C'est ici que commence cette anecdote formative, ou plus exactement, l’enchaînement des erreurs à éviter. Au lieu de travailler avec des matériaux flexibles traditionnels à base de polyimide, ils ont choisi des matériaux rigides à âme mince. La logique évoquée est que les matériaux FR4 sont disponibles avec une âme mince de 0,002"/0,003". Le FR4 est disponible dans le commerce, ce qui élimine les délais de livraison ou des limites de commande minimales. Le matériau est robuste, mais surtout ce sont des matériaux que toute l’équipe connaissait bien.

La première version de ce modèle a été construite avec du FR4 rigide de 0,003" et un masque de soudure flexible. Sur le terrain, le produit a rencontré des problèmes de performance avec des défaillances intermittentes. La conception a été légèrement modifiée, mais sans changer les matériaux. Malheureusement, les résultats sont eux aussi restés inchangés. Pendant les efforts de résolution du problème, une coupe transversale du PCB a révélé des fissures dans l’âme rigide du matériau. Vous lisez cela et vous pensez « évidemment », un matériau rigide ne peut que se fissurer. A posteriori, ce genre d’histoire est toujours évidente.

La version suivante a été réalisée avec un revêtement en Kapton pour atténuer le problème. Comme vous vous en doutez, le circuit n'a pas fonctionné et le matériau du noyau s'est à nouveau fissuré. J'aimerais pouvoir vous dire que c'était la dernière version basée sur des matériaux à âme rigide. Mais l’équipe a persisté avec une autre version similaire.

Finalement, le circuit a été repensé avec des matériaux internes souples et des revêtements adaptés. Il a alors fonctionné comme prévu. La réussite approchait. J'imagine qu'il a fallu un certain temps pour que l’équipe découvre le côté humoristique de cette expérience. Mais beaucoup de temps, d'argent et de ressources ont été dépensés pour en arriver là.

Comment auraient-ils pu éviter tous ces problèmes ?

Je pense que certains facteurs inhabituels ont contribué à cette « histoire de flexible qui n'a pas fléchi ».  Tout d'abord, comme je l'ai indiqué, cette équipe n'avait non seulement pas d'expérience en matière de conception de circuits et de matériaux flexibles, mais elle n'avait pas non plus beaucoup d'expérience en matière de PCB. Auparavant, pour créer des conceptions rigides, ils collaboraient avec un atelier d'usinage, qui fabriquait leurs PCB et d'autres travaux. La fonderie n'avait pas non plus beaucoup d'expérience en matière de PCB. Collectivement, ils n'avaient pas non plus beaucoup de connaissances sur les matériaux et leur utilisation. Si un fabricant de circuits imprimés avait révisé leur conception, avec leurs matériaux rigides à noyau mince et un masque de soudure flexible, il n’aurait pas manqué d’identifier plusieurs problèmes. Si un fabricant de PCB avait examiné la conception avec les matériaux rigides et le revêtement Kapton, il aurait tiré toutes les alarmes, déclenchant un flot de questions et des débats approfondis.   

La disponibilité et le coût moindre des matériaux rigides a aussi joué son rôle dans leurs choix. Une fois que la décision a été prise d’utiliser des matériaux flexibles et qu’un fabricant spécialiste des matériaux souples leur a fournit un véritable devis, ils ont pu constater qu’il était légèrement inférieur au prix qu'ils payaient à l'atelier d'usinage pour réaliser la conception rigide de leur PCB. Les matériaux flexibles sont plus chers que les matériaux rigides, mais dans ce cas, le fabricant de matériaux flexibles a acheté suffisamment de matériaux pour bénéficier d'une remise sur le volume. Au bout du compte, l'option flexible s’est donc avérée moins chère. Ils ont coché la case « Leçon retenue ».

Lisez également les meilleurs conseils de Tara Dunn pour les concepteurs de PCB flexible du point de vue de la fabrication

Quels conseils peut-on tirer de cette expérience ? 

L'un des conseils que nous donnent régulièrement les fabricants de matériaux flexibles et rigides-flexibles est de collaborer avec vos fabricants dès le début de la conception pour créer tout l’empilement, pour bénéficier des conseils et des changements sur la façon de "flexibiliser" votre conception. Dans ce cas précis, ils ont collaboré avec leur fabricant, en respectant un principe de base : le fabricant choisi connaît bien les matériaux flexibles et rigides et comment les traiter. La nomenclature des matériaux est différente. Le traitement et la manipulation des matériaux exigent des connaissances spécialisées. La conception intégrant des matériaux souples est plus complexe que celle à laquelle nous sommes habitués, avec les matériaux rigides.

 Et l’humour dans tout ça ? Quand on m’a raconté cette histoire, on a surtout ri à propos d’une leçon évidente : bien sûr que les matériaux rigides se fissurent, ce n'est pas parce qu'ils sont minces qu'ils sont flexibles. L’évidence qui saute aux yeux et que l’on ne voit est aussi un ressort comique... mais a posteriori, seulement !

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A propos de l'auteur

A propos de l'auteur

Tara est une experte reconnue de l'industrie, avec plus de 20 années de collaboration avec des ingénieurs, concepteurs, fabricants, organisations d'approvisionnement et utilisateurs de cartes de circuits imprimés. Son expertise porte sur les technologies flexibles et rigides-flexibles, les technologies additives et les projets à développement court. Elle fait partie des piliers du secteur, étant capable de se mettre rapidement au courant dans une grande diversité de sujets, soutenue par son site de référence technique PCBadvisor.com. Elle contribue régulièrement aux événements industriels en tant que conférencière, avec notamment une colonne dans le magazine PCB007.com et le site Geek-a-palooza.com. Son entreprise, Omni PCB, est connue pour ses réponses rapides sous 24 heures, sa capacité à réaliser des projets sur la base de spécifications uniques : délai, technologie et volume.

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