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Des supports-composants pour remplacer les circuits imprimés flexibles

Publié le mercredi 13 mai 2020 |
Les circuits imprimés flexibles offrent de nombreux avantages. Cependant, la réalisation de ces circuits est extrêmement complexe. HARTING a développé une nouvelle solution basée sur la technologie 3D-MID, qui permet de remplacer les circuits imprimés flexibles. Grâce aux supports de composants, les coûts peuvent être réduits de deux tiers.
Lors du processus de fabrication MID, un tracé laser sur mesure est gravé sur le support afin de définir l’emplacement des pistes conductrices. Les composants peuvent ensuite être montés sur ce même support.
Les circuits imprimés flexibles en film polyamide fin se sont imposés dans de nombreux domaines, grâce à leurs multiples possibilités d'utilisation. Mais assembler ces circuits reste assurément très complexe. C'est là qu'entre en scène le nouveau support de composants développé par HARTING.
Support de composants normalisé pour composants électroniques
Grâce à cette nouvelle innovation HARTING, les composants électroniques peuvent être montés directement sur le support, en évitant ainsi l’utilisation d’un circuit imprimé flexible. Le support de composants sert d'élément de connexion entre le circuit imprimé (PCB) et les composants électroniques, tels que LED, CI, photo-diodes et autres capteurs.
 
Les supports de composants assemblés sont ensuite livrés en bandes et bobines (Tape & Reel). En version standard, les supports peuvent être traités par des machines d'assemblage automatique, comme tous les autres composants CMS (composants montés en surface). Deux tailles de supports sont actuellement disponibles, et peuvent accueillir des composants électroniques jusqu’au format standard SO8. En outre, HARTING peut également s´adapter aux dimensions spécifiques du client.
 
HARTING a identifié trois cas dans lesquels son support de composants peut remplacer un circuit imprimé flexible:
 Composants montés à 90 degrés par rapport au circuit imprimé : le support de composants convient aux cas dans lesquels certains éléments, comme des capteurs par exemple, doivent être montés perpendiculairement au circuit imprimé. Le processus d'assemblage automatique permet de placer des capteurs de température ou des capteurs à effet Hall sur le support avec une grande précision, ce qui permet d'obtenir des mesures précises et reproductibles. Les composants optiques sont un autre exemple frappant, comme les LED ou les photodiodes utilisées dans les barrières lumineuses de précision.
 
Dégagement par rapport à la surface du circuit imprimé : le support de composants peut aussi servir à maintenir un certain espace entre le circuit imprimé et un composant. Ainsi, un capteur de température peut mesurer la température dans un boîtier sans être influencé par la chaleur que génèrent les autres 1/4
composants présents sur le circuit imprimé. Le capteur peut aussi servir à surélever une LED par rapport au circuit imprimé, en évitant ainsi le risque que des ombres soient projetées par les composants alentour.
Fonction antenne : Le support de composants peut être réalisé à partir de différents polymères de base. De cette façon, on peut lui donner certaines propriétés électriques des matériaux d'antenne, comme la constante diélectrique et le facteur de perte. La disposition spécifique de l'antenne peut être utilisée pour diverses applications dans la gamme des MHz et des GHz, telles que Bluetooth, WiFi, ZigBee et 5G.
La technologie 3D-MID comme alternative aux circuits imprimés flexibles
Grâce à la technologie 3D-MID (3D Mechatronic Integrated Device, ou dispositif intégré mécatronique 3D), les composants électroniques peuvent être montés directement sur une forme tridimensionnelle, sans utiliser de circuit imprimé ni de câbles de connexion. Le corps du support est moulé par injection, à partir de thermoplastique contenant un additif inorganique non-conducteur. Pour intégrer des circuits électriques au sein du matériau thermoplastique, les additifs qu’il renferme sont "activés" localement par structuration directe au laser (LDS ou Laser Direct Structuring en anglais).
Au cours du processus LDS, le faisceau laser trace les zones qui doivent devenir des pistes conductrices, et crée une structure micro-rugueuse. Les particules métalliques libérées durant le processus servent de support à une métallisation chimique ultérieure.
Ce processus permet de créer des pistes électriques à travers la forme tridimensionnelle. Le plastique utilisé offre une grande stabilité thermique et supporte donc le passage en four de refusion.
 
HARTING dispose en interne d’une ligne de production 3D-MID depuis plus de 10 ans, permettant d’aller du projet jusqu’au produit assemblé en série. Cette technologie trouve des applications dans des domaines comme le médical, l'électronique industrielle et l'électronique grand-public, et même dans des composants liés à la sécurité dans l'automobile. La division 3D-MID de HARTING est le plus grand fournisseur de composants 3D-MID hors d'Asie. Les supports de composants produits à l’aide de ce procédé conviennent à diverses applications. Ils peuvent être équipés de plusieurs capteurs qui, si nécessaire, sont alignés dans trois directions pour prendre des mesures selon trois axes (X, Y, Z). Des composants peuvent être montés simultanément sur deux surfaces parallèles, en face avant et en face arrière, ainsi que sur la face opposée. HARTING a déposé une demande de brevet pour son support de composants.
 
Le support de composants permet de réduire les coûts de deux tiers
Dans le cadre de son processus automatisé, HARTING place les composants tels que des LED, des circuits intégrés, des photo-diodes et des capteurs, directement sur le support de composants. Le coût total du support de composants est inférieur de deux tiers à celui d’une solution à base de circuit imprimé flexible. C’est dû au fait que le support évite les manipulations souvent complexes qu'impliquent les circuits imprimés flexibles, notamment pour le placement, la refusion et l'assemblage. Le procédé est même intéressant pour les petites séries, car le support de composants peut servir à plusieurs applications sans modification, en évitant les coûts d'un nouveau moule d'injection. Par rapport à un circuit imprimé flexible, le support permet un positionnement plus précis des composants, une plus grande répétabilité et une meilleure qualité.
 
Les supports de composants HARTING présentent un autre avantage, à savoir leur faible délai de livraison. Dans la mesure où le support en plastique reste le même, il suffit de définir de nouvelles spécifications pour le placement des composants. Les experts en technologie 3D-MID n’ont plus qu’à utiliser ces spécifications pour proposer une implantation optimisée pour la production. Il suffit d’éditer le programme laser pour modifier les pistes électriques en fonction de l'application concernée. Une fois que le client a approuvé la conception et que les composants nécessaires ont été réceptionnés, les premiers échantillons de production peuvent être expédiés sous deux à trois semaines - voire plus rapidement, si nécessaire.

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