L’électronique imprimée est un domaine en évolution rapide qui permet de créer des circuits et des composants électroniques en utilisant des techniques d’impression plutôt que des méthodes traditionnelles de fabrication de circuits imprimés. Contrairement à l’électronique conventionnelle, qui repose sur des traces de cuivre gravées et des substrats rigides, l’électronique imprimée exploite des encres conductrices et des matériaux souples tels que les plastiques, le papier et les textiles. Cela permet des conceptions électroniques plus fines, plus légères et plus adaptables, ouvrant la voie à des innovations dans les domaines des appareils portables, des emballages intelligents, des dispositifs médicaux et même des applications automobiles.

Qu’est-ce qui motive la croissance de l’électronique imprimée ?

Le regain d’intérêt et d’adoption de l’électronique imprimée est dû à plusieurs facteurs clés.

Tout d’abord, il existe une demande croissante de solutions électroniques légères, flexibles et rentables, en particulier dans les secteurs de l’électronique grand public, des soins de santé et des objets connectés(IoT). La possibilité d’intégrer de l’électronique dans des objets du quotidien, tels que des étiquettes intelligentes ou des patchs médicaux, a ouvert de nouvelles opportunités d’innovation.

La durabilité est un autre facteur crucial qui alimente cette croissance. La fabrication traditionnelle de PCB implique des processus de gravure soustractive complexes, des déchets chimiques et des matériaux coûteux. En revanche, l’électronique imprimée minimise les déchets de matériaux et utilise des processus additifs économes en énergie, ce qui les rend plus respectueux de l’environnement. Selon IDTechEx, l’électronique imprimée et flexible pourrait réduire les déchets électroniques jusqu’à 80 % dans les applications jetables.

De plus, les progrès réalisés dans le domaine des encres conductrices, des semi-conducteurs imprimables et des nouveaux matériaux de substrat continuent d’améliorer les capacités et la fiabilité de l’électronique imprimée. Les encres conductrices à base de nanofils d’argent, par exemple, ont atteint des niveaux de conductivité supérieurs à 10⁶ S/m, ce qui les rend viables pour les circuits haute performance, même dans des facteurs de forme flexibles.

Principaux avantages de l’électronique imprimée

L’un des avantages les plus importants de l’électronique imprimée est sa rentabilité. Étant donné que les circuits sont imprimés plutôt que gravés et assemblés, les coûts de fabrication peuvent être réduits de 30 à 70 % en fonction de la complexité et du volume de production. Le processus élimine le besoin de substrats coûteux comme le FR4 et minimise les déchets de matériaux. L’électronique imprimée est donc idéale pour les applications à haut volume et à faible coût, telles que les étiquettes RFID, les capteurs flexibles et les dispositifs médicaux jetables.

La flexibilité est un autre avantage majeur. Les PCB traditionnels sont rigides, ce qui limite leur application dans les conceptions à surface portable et incurvée. L’électronique imprimée, quant à elle, peut être intégrée dans des substrats flexibles et même extensibles, ce qui permet de créer de nouveaux facteurs de forme pour des produits tels que les vêtements intelligents, les écrans pliables et les panneaux solaires flexibles. Certains systèmes peuvent se plier à un rayon inférieur à 5 mm ou s’étirer jusqu’à 30 % sans défaillance.

L’efficacité de la production distingue également l’électronique imprimée. En utilisant des techniques de fabrication additive, plusieurs couches électroniques peuvent être imprimées en un seul processus, ce qui réduit les étapes d’assemblage et le temps de production. Par exemple, l’impression complète d’une simple étiquette RFID peut être réalisée en moins de 10 secondes, un saut significatif par rapport à la gravure et à l’assemblage traditionnels.

L’électronique intégrée au moule change la donne pour l’automobile et les produits de consommation

L’une des avancées les plus intéressantes de l’électronique imprimée est l’électronique dans le moule (IME :In Mold Electronics), qui combine des circuits imprimés et le moulage par injection. Cette technique permet aux circuits électroniques d’être directement intégrés dans des composants en plastique tridimensionnels pendant le processus de moulage. La technologie IME révolutionne des industries telles que l’automobile, l’électronique grand public et les appareils électroménagers en permettant des conceptions élégantes, légères et hautement intégrées.

Les avantages de l’électronique dans le moule sont considérables. Des économies de poids allant jusqu’à 60 % par rapport aux assemblages mécaniques traditionnels ont été signalées, ce qui est particulièrement précieux dans l’industrie automobile où la réduction de chaque kilogramme peut augmenter l’efficacité énergétique de 1 à 2 %. L’IME réduit également le nombre de composants jusqu’à 70 %, ce qui réduit considérablement la complexité de fabrication, le temps d’assemblage et les points de défaillance potentiels.

De plus, l’IME prend en charge les conceptions de produits plus minces et améliore l’ergonomie. Les boutons tactiles capacitifs, l’éclairage LED et les antennes peuvent tous être intégrés de manière transparente dans des surfaces en plastique incurvées, permettant ainsi des interfaces intuitives et modernes. Les cycles de conception sont également raccourcis jusqu’à 25 %, grâce à la réduction du nombre de pièces et à des itérations d’outillage plus rapides.

Les défis de la conception de l’électronique imprimée

Malgré ses nombreux avantages, l’électronique imprimée fait face à plusieurs défis, notamment dans le processus de conception et de fabrication. L’un des principaux obstacles est l’intégration des outils de CAO mécanique et de CAO.électronique Étant donné que l’électronique imprimée nécessite souvent des conceptions tridimensionnelles complexes, les outils de CAO électronique (ECAD) traditionnels doivent fonctionner de manière transparente avec la CAO mécanique (MCAD) pour assurer un alignement et une fonctionnalité précis. Des désalignements de 0,1 mm peuvent entraîner des défaillances fonctionnelles dans les assemblages moulés étanches.

Un autre défi important est le thermoformage et la simulation de déformation. De nombreuses applications d’électronique imprimée impliquent de façonner ou d’étirer des circuits pour s’adapter à un facteur de forme spécifique, comme l’électronique dans le moule ou les écrans flexibles. Cependant, les traces conductrices peuvent se fissurer ou perdre de la conductivité lorsqu’elles sont étirées au-delà de leurs limites. Des outils de simulation précis sont nécessaires pour prédire et atténuer ces effets, en particulier pour les conceptions qui subissent une déformation pendant ou après la fabrication. Les simulations de déformation qui tiennent compte de la déformation multi-axes sont essentielles pour réduire les taux de défaillance, qui peuvent autrement atteindre 15 à 20 % dans les premières étapes de la conception.

Le choix des matériaux joue également un rôle crucial. Les encres conductrices, les matériaux diélectriques et les substrats souples doivent tous être soigneusement choisis en fonction des exigences mécaniques, électriques et environnementales de l’application. L’absence de bibliothèques de matériaux standardisées dans de nombreux outils de CAO électronique ajoute des frictions au processus de développement et augmente le risque d’échecs de conception, en particulier dans les environnements thermiquement ou chimiquement difficiles.

Comment Altium prend en charge la conception de l’électronique imprimée

Alors que l’électronique imprimée continue de repousser les limites de la conception traditionnelle de circuits imprimés, les outils ECAD doivent évoluer pour répondre aux exigences uniques de cette technologie. Altium fournit un ensemble complet de fonctionnalités adaptées à l’électronique imprimée, permettant aux ingénieurs de concevoir, simuler et fabriquer efficacement des produits électroniques de nouvelle génération.

L’une des capacités les plus remarquables d’Altium est l’intégration de règles de conception spécifiquement optimisées pour l’électronique imprimée. Cela garantit que les pistes conductrices, les croisements et les empilements de couches sont compatible Avec des substrats flexibles et des contraintes d’encre, ce qui permet aux concepteurs d’éviter des erreurs de fabrication coûteuses.

La puissance d’Altium à travers le Layer Stack Manager permet de gérer les empilements non conventionnels typiques de l’électronique imprimée, y compris plusieurs couches diélectriques et conductrices imprimées. Cela garantit que les conceptions conservent la flexibilité mécanique et les caractéristiques thermiques nécessaires.

La bibliothèque de matériaux intégrée  fournit divers matériaux pour les couches conductrices et non conductrices. Cela simplifie le processus de sélection des matériaux et contribue à garantir la fiabilité de la conception.

Le générateur de formes diélectriques d’Altium Designer  automatise la création de motifs diélectriques sur des filtres dans les conceptions électroniques imprimées. Rendu possible par l’extension Printed Electronics Crossover Generator, il simplifie les tâches de post-routage et garantit des formes diélectriques précises et cohérentes.

En fournissant une plate-forme unifiée pour les considérations électriques, mécaniques et matérielles, Altium permet aux ingénieurs de passer de la conception à la production avec plus de confiance et d’efficacité, en particulier pour les conceptions complexes imprimées et dans le moule.

L’avenir de l’électronique imprimée

L’électronique imprimée est sur le point de transformer de nombreux secteurs, de la santé à l’automobile, en passant par l’électronique grand public et l’emballage intelligent. Alors que la demande de solutions électroniques légères, flexibles et rentables ne cesse de croître, les progrès des matériaux conducteurs, des techniques d’impression et des outils ECAD stimuleront l’innovation.

Grâce à des outils tels qu’Altium Designer qui intègrent des capacités de conception critiques, telles que le générateur de formes diélectriques, la gestion des empilements de couches et les bibliothèques de matériaux, les ingénieurs peuvent repousser les limites du possible dans l’électronique imprimée. Bien que des défis tels que l’intégration MCAD-ECAD et la simulation de thermoformage demeurent, les développements en cours dans les domaines de la simulation et de la science des matériaux aideront à surmonter ces obstacles.

Selon une étude de marché, le marché mondial de l’électronique imprimée devrait atteindre 43 milliards de dollars d’ici 2030, avec un TCAC de plus de 18 %. À mesure que de plus en plus d’entreprises adoptent l’électronique imprimée pour leurs produits de nouvelle génération, nous pouvons nous attendre à une augmentation des applications qui étaient auparavant inaccessibles avec la fabrication traditionnelle de circuits imprimés. Des capteurs médicaux ultralégers aux surfaces intelligentes en passant par les emballages interactifs, l’avenir de l’électronique est imprimé, une couche à la fois.

Source : https://www.eda-expert.com/2025/06/04/quest-ce-que-lelectronique-imprimee/