PCB embarqués : alimenter des systèmes compacts et fiables pour wearables modernes

Les ventes de systèmes embarqués augmentent grâce à la forte demande de circuits portables (wearables) plus petits. De plus, les systèmes embarqués permettent de créer des applications plus complexes que les PCB standards ne peuvent gérer. La solution ? Un PCB embarqué. Ces cartes utilisent des composants intégrés qui réduisent les risques de perte d'intégrité du signal.

Mais ce n'est pas tout. Beaucoup d'autres choses à apprendre sur les systèmes embarqués et leur fonctionnement.

Lisez la suite pour en savoir plus sur le PCB embarqué et les défis affectant les systèmes embarqués.

Que sont les composants embarqués ?

PCB Embarqué avec Composants

Avant de définir composants embarqués, rappelons le concept de systèmes embarqués. L'idée principale : réduire la taille des circuits tout en maintenant haute intégrité et performance.

Les PCB embarqués sont des circuits dont les composants sont enfouis dans leurs couches. Ces composants améliorent les performances des systèmes embarqués.

Plusieurs façons d'utiliser composants embarqués, influençant leur fabrication. Initialement, fabrication PCB et placement composants étaient deux processus distincts.

Aujourd'hui, ces processus sont moins distincts. On peut concevoir et fabriquer des cartes avec composants embarqués. Deux méthodes pour les ajouter :

• Créer des cavités ouvertes pour placer composants → restent visibles sur produit final.
• Intégrer composants dans une couche interne → circuits restent cachés.

Examinons les types de composants embarqués.

Note : Deux catégories – Dispositifs actifs et passifs.

Résistances embarquées

Dispositifs passifs améliorant performance électronique. Déplacent composants individuels de la surface du PCB → plus d'espace surface pour autres composants.

Doivent avoir tolérance et puissance nominales spécifiques. Sinon : brûlure ou défaillance. Pas de joints de soudure ni vias SMT → fiabilité PCB et routage signal accrus.

Inductance embarquée

Composant stockant/fournissant énergie tout en équilibrant le courant du circuit. Inductance standard complexe à fabriquer → embarquement économise espace surface PCB.

Condensateur embarqué

Différent : utilise stratifiés cuivre rapporté. Élimine besoin de condensateurs de découplage sur PCB.

Matériaux diélectriques minces entre deux couches cuivre. Agissent comme condensateurs découplage grâce à densité capacitive élevée.

Comment concevoir un assemblage PCB pour système embarqué

Assemblage PCB

Concevoir des PCB pour systèmes embarqués peut être ardu. Conseils pour un bon design :

Définir vos exigences

Question majeure : que voulez-vous accomplir avec votre PCB ? Vous saurez les exigences nécessaires.

Crucial : comment votre PCB interagira avec les autres parties du système embarqué et sa taille. Ces deux facteurs influencent la complexité d'assemblage.

Construire votre schéma

Schéma PCB

Exigences fixées → traduisez en spécifications pour schéma. Construire schéma = choisir microcontrôleur adapté et autres composants. Créez diagramme montrant où les placer.

Microcontrôleurs cruciaux pour systèmes embarqués. Facteurs à considérer : périphériques et vitesse traitement.

Choisir le bon logiciel d'automatisation de conception

Logiciel Automatisation Conception

Logiciel CAO adapté pour placer infos schéma. Combine tout en fichier CAO instructant l'assemblage PCB.

Sélectionner une méthode de fabrication

Exigences définies plus haut déterminent méthode fabrication. Autres facteurs : délai et budget.

Déterminer le type de test

Sélectionnez test pour PCB. Crucial pour assemblage : assure conformité designs.

Fabricants doivent tester fonctionnalité design avant approbation.

Note : Vous pouvez choisir différents tests pour garantir conformité aux standards.

Processus d'assemblage pour PCB à composants embarqués

PCB Assemblé

Technologie embarquée = montage. Deux types : traversant (through-hole) et montage sur pastille (solder pad).

Montage traversant

Deux procédés : montage nu (bare) et montage puce (chip). Montage nu : adhésif conducteur ou traversant métallisé. Montage puce : options similaires.

Montage sur pastille

Comme traversant : bare et chip. Mais similitude s'arrête là. Méthode bare : flip-flop (retournement) ou montage fil. Choisissez processus avant d'embarquer composants. Méthode chip : résine conductrice ou soudure vague (wave soldering).

Procédure d'assemblage pour composants embarqués dans PCB

Choisir procédé collage puce (die bonding) crucial pour composants bare die. Autres méthodes : liaison par ultrasons, ESC (Epoxy Encapsulated Solder Connection) pour boîtiers moulés, PDs, WLCSP.

Si montage AD : mieux vaut soudure avec résine conductrice ou vague. Procédure assemblage composants avec pastilles :

1. Connaître procédures design/technologie avant embarquement → faisabilité dispositif actif et embarquement SMD. Attention design traces.
2. Fabriquer substrat double couche avant dépôt pâte à souder si PCB double couche.
3. Soudure vague et assemblage CI avant mid-stack-ups et remplissage isolation. Enfin, pressage à chaud couche supérieure.

L'assemblage en cavité est délicat. Problèmes possibles → fort taux de vides soudure. Workflow suivant pour éviter, surtout impression soudure ou soudure vague sous vide :

Processus Workflow

Facteurs influençant la conception PCB embarqué

Facteurs à considérer avant construction système embarqué :

Taille PCB

Petite et Grande Taille PCB

Facteur dominant influençant structure designs. Taille doit correspondre composants. Bonne taille = placements corrects, évite surchauffe.

Gestion thermique

Applications fort courant = surchauffe. Augmentez dissipation : épaisseur traces accrue ou plans cuivre.

Placement composants

Carte avec Composants Bien Placés

Règles placement requises. Pour PCB embarqués : évitez composants lourds près bord. Placez-les sur côtés PCB.

Ne regroupez pas dispositifs puissance en une zone. Répartissez uniformément pour meilleure dissipation thermique.

Avantages d'un PCB embarqué

Dissipation thermique améliorée

Systèmes embarqués : excellente dissipation chaleur, prévient surchauffe.

Coût réduit

PCB embarqués économiques. Design puce unique compact.

Paramètres de conception stricts

Paramètres pré-définis. Ajustements possibles via extensions/ajouts uniquement.

Défis conception système embarqué

Attention à chaque stade conception. Sinon : défis. Corrections faciles avant fabrication. Défauts après = retouches coûteuses.

Défis possibles :

• Pas d'espace surface pour autres composants
• Défis test hardware
• Défis packaging et intégration
• Émissions EMI
• Surchauffe
• Forte consommation énergie
• Incapacité maintenir validité

En résumé

PCB Embarqué

PCB embarqués polyvalents : militaire, électronique grand public, aérospatial.

Offrent performance et densité élevées malgré taille miniature.

Composants embarqués libèrent espace surface pour designs/systèmes plus complexes.

Défis existants, mais évitables par conception soignée et vérification complète avant fabrication.

Contactez-nous pour fabriquer un PCB embarqué. Service PCB optimal garanti.