Les circuits imprimés sont une technologie de construction de circuits électroniques parfaitement connue de tous. Leur omniprésence fait que quasiment tous les composants électroniques sont conçus pour être montés précisément sur ceux-ci. Cependant, ils ne sont pas exempts de défauts, qui se manifestent surtout dans les cas de contraintes d'espace ou d'exigences accrues. Ces limitations peuvent toutefois être surmontées en utilisant des circuits flexibles et rigides-flexibles. Ces deux technologies sont appréciées dans des applications spécialisées, et nous observons également leur croissance constante dans l'électronique grand public. Dans l'article d'aujourd'hui, nous allons examiner les technologies
des circuits flex et
rigid-flex, leurs avantages offerts et leurs applications.
Construction et types de circuits flexibles
Les circuits imprimés flexibles sont construits presque de la même manière que les circuits PCB typiques. Comme eux, ils possèdent une ou plusieurs couches conductrices en cuivre, les couches externes pouvant être recouvertes d'un masque de soudure. La différence fondamentale réside dans le fait que, au lieu d'un substrat rigide en stratifié verre, un substrat beaucoup plus fin et naturellement flexible est utilisé. Les matériaux utilisés sont généralement des plastiques à haute résistance à la température, comme par exemple les polyimides (Kapton). Cela permet à la plaquette d'être pliée ou façonnée librement, sans risque de rupture ou d'endommagement des connexions. Les
circuits imprimés rigides-flexibles, communément appelés rigid-flex, sont une hybridation des technologies mentionnées précédemment. Ils comportent à la fois des parties rigides et flexibles, assemblées en une seule structure. Les zones rigides contiennent généralement les composants électroniques, tandis que les parties flexibles servent de connexions entre elles. Des procédés de fabrication avancés permettent de créer plusieurs zones rigides de différentes couches, ainsi que d'extraire des circuits flexibles de couches spécifiques des cartes multicouches.
Lire aussi : Technologies de montage des composants électroniques Les circuits rigid-flex ne doivent pas être confondus avec des circuits flexibles renforcés. Ces derniers ont seulement un élément de renforcement supplémentaire - souvent une plaque métallique collée sur le circuit flexible. Le rôle du renforcement est principalement de renforcer et stabiliser la zone où les composants sont soudés.
Où et pourquoi utilise-t-on des circuits flexibles ?
Il n'est pas toujours possible de disposer de suffisamment d'espace pour placer tous les composants sur une seule plaque imprimée. Au lieu de diviser le circuit en plusieurs modules, il est alors possible d'utiliser des
circuits flexibles dont la forme peut être facilement adaptée à l'espace disponible dans le boîtier. Un module flex ou rigid-flex unique permet de remplacer plusieurs plaques PCB conventionnelles avec leurs connexions. Les
circuits flexibles, grâce à leur épaisseur beaucoup plus faible, permettent également de réduire la taille et la masse du circuit. Ceci est particulièrement utile dans les petits appareils complexes nécessitant un grand nombre de composants et connexions dans un espace restreint. Ce type de solution se retrouve notamment dans les appareils photo numériques et les téléphones mobiles. [caption id="attachment_61823" align="aligncenter" width="930"]
Exemple d'utilisation de circuits flexibles dans la tête de lecture d'un lecteur CD-ROM. La capacité d'adapter la plaque à la forme de l'élément permet de connecter tous les composants sans avoir recours à des fils ou connecteurs[/caption] Les circuits flexibles, grâce à leurs propriétés, peuvent aussi remplacer des câbles. Ce type d'application est fréquent dans la plupart des
écrans LCD et panneaux tactiles. La partie extraite sous forme de bande flexible se termine généralement par un
connecteur ZIF. Cette bande peut être pliée et déformée, offrant une certaine liberté d'installation de l'écran. Comme une plaque PCB classique, elle peut aussi accueillir des composants supplémentaires, tels que des contrôleurs tactiles ou des circuits de régulation de tension.
Lire aussi : Tout sur les écrans TFT LCD Les circuits flexibles sont également utilisés dans des ensembles qui bougent ou se plient lors de l'utilisation. Un excellent exemple est la tête mobile d'un disque dur. Depuis peu, les
écrans OLED sur substrat flexible gagnent en popularité, permettant leur formation libre, pliage, voire enroulement.
Rigid-flex - la solution pour les applications les plus exigeantes
Les circuits rigid-flex offrent des jonctions cohérentes et uniformes entre les zones rigides et flexibles. Leur principal atout est la grande fiabilité de ces connexions. Elles sont beaucoup plus sûres et assurent une meilleure intégrité du signal que même les connecteurs haut de gamme. Tout cela aide à répondre aux exigences élevées en matière de géométrie, de protection contre les interférences électromagnétiques et de contrôle d'impédance des pistes. La possibilité d'extraire des circuits flexibles de couches spécifiques de la carte permet de s'adapter à des exigences de conception spécifiques.
L'utilisation de la technologie rigid-flex est toutefois coûteuse et la conception demande beaucoup de connaissances et d'expérience. Pour cette raison, elle est privilégiée dans les domaines où la compacité et la fiabilité sont des facteurs clés. Elle est utilisée notamment dans le matériel médical et militaire, ainsi que dans les satellites et sondes spatiales.
Difficultés dans la conception et la fabrication des circuits flexibles
Concevoir des circuits imprimés flexibles peut constituer un vrai défi. En effet, le pliage provoque des contraintes qui, en cas de conception incorrecte, peuvent causer des dommages aux circuits. Il est donc nécessaire de suivre certaines règles spécifiques de conception et de prendre en compte les phénomènes survenant lors de la déformation de la plaque. Un exemple de caractéristique des
circuits flexibles est l'utilisation de zones « hachurées » (sous forme de grille) au lieu de remplissages pleins. Il est également recommandé de couvrir les bords des pastilles et points de soudure avec un masque de soudure (couche de finition) afin de minimiser le risque de décollement. Dans les applications où la forme des circuits flexibles doit être précisément adaptée au boîtier, il est essentiel de dessiner correctement et avec précision le contour de la plaque. Le concepteur doit prendre en compte la forme tridimensionnelle que prendra la plaque après pliage. En plus d'une large expertise, cela nécessite aussi l'utilisation de logiciels spécifiques pour la conception de ce type de circuits.
La conception de circuits flexibles et de pièces mécaniques doit généralement se faire en parallèle, avec une collaboration étroite entre les deux équipes. Des difficultés surgissent également lors du montage des composants. Les parties flexibles compliquent le positionnement précis et la soudure des pièces. Il est souvent nécessaire d'utiliser des plaques de support spécialement préparées, et dans le cas des circuits rigid-flex, de fixer adéquatement les parties rigides sur le panneau à l'aide de languettes détachables. Le diagnostic et les réparations manuelles des circuits flexibles sont aussi bien plus difficiles, voire parfois impossibles. Il est impossible d'ignorer non plus le coût de fabrication des circuits flexibles. Leur production est un processus beaucoup plus complexe nécessitant des équipements spécialisés. Du fait souvent de la forme non standard des plaques, l'utilisation de la surface des panneaux est moins efficace, ce qui accroît la consommation de matériaux. Tout cela se traduit par des coûts de production nettement plus élevés que pour les plaques PCB standards. Pour ces raisons,
la fabrication de circuits flex et rigid-flex en interne dépasse souvent les capacités des petites entreprises et des amateurs.
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