Alors que les appareils électroniques continuent d’évoluer et de rétrécir, leurs circuits et, en fin de compte, leurs composants évoluent également. Ce développement a augmenté la demande de miniaturisation des composants.
Circuits 3D ou aussi appelés dispositifs intégrés mécatroniques tridimensionnels (3D-MID) rend cela possible. Il permet des conceptions plus compactes tout en améliorant la densité fonctionnelle. Voici un aperçu de la technologie 3D-MID, ce qu’elle est, ses nombreux avantages, ses applications et un bref aperçu de HARTING en tant que fournisseur de services complets.
La révolution de la miniaturisation en électronique
Des appareils plus petits signifient moins d’impact sur l’environnement. Un ordinateur portable, par exemple, utilise 80% moins de puissance qu’un ordinateur de bureau, avec une consommation électrique maximale de 60 W contre 175 W pour les ordinateurs de bureau. Cette réduction de la consommation d’énergie est due à la miniaturisation.
La miniaturisation a révolutionné de nombreux secteurs, du médical et de la santé à l’automobile en passant par l’électronique industrielle et grand public. Voici quelques moteurs de ce mouvement :
Exigences esthétiques
Nous nous attendons à ce que nos appareils soient visuellement attrayants et bien conçus.
Portabilité
Nous voulons également que nos appareils soient légers et faciles à transporter.
Économies de coûts
Bien que la miniaturisation puisse être coûteuse au départ, elle permet d’utiliser moins de matériaux, ce qui peut économiser de l’argent à long terme.
Réductions de la consommation d’énergie respectueuses de l’environnement
Les petites pièces consomment moins d’énergie, ce qui permet de réduire les coûts d’exploitation, d’augmenter la durée de vie de la batterie et de promouvoir des produits plus écologiques.
Moins de dissipation de chaleur
Étant donné que les petites pièces consomment moins d’énergie, les appareils électroniques génèrent moins de chaleur. Cela signifie que les dissipateurs thermiques ou les ventilateurs encombrants peuvent être retirés, ce qui réduit le poids, le coût, la puissance et le bruit.
Presque toutes les industries évoluent vers une densité fonctionnelle, ce qui signifie que les composants matériels doivent être interconnectés et rendus de plus en plus petits.
3D-MID est un moyen de répondre à ces exigences en réduisant la masse et en optimisant l’espace tout en permettant à ces pièces d’offrir les mêmes capacités ou plus.
© Harting | https://3d-circuits.com
Qu’est-ce que le 3D-MID ?
Le terme “mécatronique” a été inventé en 1969 par un ingénieur senior de la firme japonaise Yaskawa. C’est une combinaison des mots “Mecha” (machines) et “Tronics” (électronique).
Depuis, la définition a évolué. Il est maintenant utilisé pour décrire les capacités d’utilisation des ordinateurs, de l’électronique et de la mécanique pour construire des systèmes plus intelligents, tels que des systèmes robotiques, de contrôle et électromécaniques.
3D-MID signifie “dispositif d’interconnexion moulé en trois dimensions” ou “dispositifs intégrés mécatroniques en trois dimensions”. Ce sont des dispositifs mécatroniques qui combinent des fonctionnalités électroniques et mécaniques en un seul composant tridimensionnel.
La technologie 3D-Circuits de HARTING permet aux pièces 3D-MID ou à la pièce thermoplastique moulée par injection d’être directement intégrées aux circuits et composants électroniques, ce qui les rend plus compacts et fonctionnellement denses. Imaginez un circuit imprimé beaucoup plus petit et composé de plastique plutôt que de métal.
De plus, les circuits imprimés moulés par injection réduisent considérablement le nombre de processus de production, les temps d’assemblage, les composants individuels nécessaires, et donc les coûts de production.
Comment fonctionne la technologie 3D-MID ?
La flexibilité de la technologie 3D-MID permet aux concepteurs d’appareils d’aller là où ils en ont besoin. Un composant tridimensionnel qui combine des fonctions électriques et mécaniques permet des possibilités infinies.
Les concepteurs fixent leurs exigences ainsi que des mesures très précises. Les composants sont ensuite construits par moulage par injection.
Le moulage par injection se produit lorsque des matériaux tels que le plastique sont chauffés et fondus avant d’être injectés dans un moule et refroidis pour obtenir la forme souhaitée. C’est un procédé souvent utilisé par de nombreuses industries car il permet de créer rapidement des pièces aux formes complexes pour une production de masse.
Parce que le moulage par injection est si flexible, les concepteurs peuvent l’utiliser pour construire pratiquement n’importe quoi avec les spécifications exactes. Avant de réaliser un moule, différentes formes de simulation peuvent être utilisées pour vérifier si les pièces répondent aux exigences et des échantillons de pièces issus du prototypage rapide peuvent être réalisés.
Vient ensuite l’activation laser par structuration laser directe (SDJ), une procédure créée par LPKF Laser & Électronique en 1996. C’est là qu’un faisceau laser définit la trace conductrice, gravant la disposition directement dans le composant en plastique moulé par injection.
Le plastique moulé par injection aura des additifs spéciaux, que les faisceaux laser peuvent détecter. Les lasers révèlent alors les zones où les structures conductrices seront éventuellement placées.
Dans le processus de placage chimique, le cuivre ne se dépose que sur les zones structurées au laser. Cela permet aux ingénieurs de créer des circuits électroniques très précis.
Après métallisation dans un bain de cuivre, des traces conductrices se forment dans les zones qui ont été activées et permettront aux métaux d’y adhérer.
La combinaison de matériel mécanique et électrique rend la conception et la fabrication d’appareils électroniques dotés de fonctionnalités complexes plus faciles et moins coûteuses. Cela ouvre essentiellement un monde de possibilités et peut-être d’énormes économies pour les fabricants et les consommateurs.
Quels sont les avantages et les utilisations de la technologie 3D-MID ?
- Intégration des fonctions mécaniques et électriques dans un seul composant
- Meilleure fiabilité et qualité
- La flexibilité permet des options de conception illimitées
- Aide à réduire à la fois la taille et le poids
- Raccourcit le temps de montage et réduit ainsi les coûts de fabrication
Applications 3D-MID
Les plastiques et l’électronique se rejoignent dans pratiquement tous les équipements techniques actuels et futurs, du médical à l’automobile en passant par les gadgets grand public.
La technologie 3D-MID est souvent considérée comme le changeur de jeu dans plusieurs applications telles que :
Presque toutes les industries peuvent bénéficier des circuits 3D d’une manière ou d’une autre, car de nombreux secteurs ont des besoins importants en matière de miniaturisation, comme le domaine médical.
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3D-MID sur le marché médical
La mécatronique est une discipline prometteuse qui profite à de multiples industries, notamment la médecine ou la santé.
Les progrès dans le diagnostic et le traitement ont été rendus possibles grâce à la miniaturisation de l’électronique due aux percées 3D-MID.
Imaginez ceci : vous devez subir une endoscopie. La plupart des gens trouvent inconfortable l’idée et l’expérience d’avoir un tube long et fin avec une petite caméra sur le dessus.
Et si vous pouviez éviter cela ? Grâce au 3D-MID, les industriels peuvent désormais concevoir des dispositifs moins invasifs et plus confortables pour les patients, notamment lorsqu’il s’agit de surveiller et d’examiner le patient de l’intérieur.
Il n’est plus nécessaire d’insérer une longue caméra endoscopique dans la gorge. Vous pouvez à la place consommer une capsule non invasive, similaire à la façon dont vous prenez vos vitamines.
Cette capsule contient une petite caméra endoscopique qui transmet des images à 360 degrés de votre corps à votre médecin, lui permettant de visualiser votre tube digestif sans avoir recours à des procédures invasives.
Ce n’est là qu’un exemple de la façon dont les progrès technologiques peuvent rendre plus agréable une situation auparavant inconfortable.
La mécatronique est également utilisée pour créer de nouveaux types de prothèses, comme le Bras de Lucune prothèse de bras contrôlée par l’esprit qui donne aux patients qui ont perdu des membres la capacité d’effectuer des tâches quotidiennes.
Les technologies 3D-MID sont également utilisées pour concevoir des équipements médicaux plus petits tels que des prothèses auditives, des implants et des dispositifs chirurgicaux et dentaires. Les cartes 3D-Circuits peuvent être fabriquées dans n’importe quelle taille tout en conservant les mêmes fonctionnalités et normes de sécurité.
Conclusion
Les possibilités avec 3D-MID sont illimitées. Au fur et à mesure que cette technologie progresse, nous nous attendons à voir de plus en plus d’organisations les intégrer pour leurs projets d’économie d’espace, réduisant ainsi leurs procédures d’assemblage et réduisant leurs coûts.