Une carte IoT : trois conceptions sur un seul substrat
Un produit connecté doit remplir trois fonctions simultanément : émettre et recevoir un signal radio, fonctionner pendant des mois avec une petite batterie et mesurer une grandeur réelle grâce à un capteur. Chacune de ces fonctions impose des contraintes sur l'assemblage de la carte, et pas seulement sur sa conception.
1. Zone d'exclusion radio
Les performances de l'antenne dépendent de son environnement. Le cuivre, les plans de masse, les boîtiers métalliques et les batteries modifient tous son accord, et cet effet est suffisamment important pour qu'une carte conforme aux tests de conduction puisse présenter un dysfonctionnement une fois intégrée au boîtier.
En termes d'assemblage, cela signifie que la zone d'exclusion est considérée comme une caractéristique à part entière : aucun cuivre, aucun composant, aucun revêtement et aucune étiquette ne doivent s'y trouver. Cette zone est marquée sur le plan d'assemblage, masquée avant toute étape de revêtement et contrôlée lors de la première insertion du produit, car une fois l'unité encapsulée ou enfermée, aucune modification n'est possible.
2. La consommation d'énergie est une question de processus
Le courant de veille se mesure en microampères, et à ce niveau, la moindre contamination est critique. Des résidus de flux sur un nœud à haute impédance, de l'humidité à l'intérieur d'un boîtier ou un revêtement appliqué sur une carte sale créent des chemins de fuite invisibles lors d'un test électrique standard.
C'est pourquoi il est important de nettoyer et de vérifier un produit alimenté par batterie avant l'application d'un revêtement, plutôt que de considérer l'absence de nettoyage comme une évidence. La mesure fait partie intégrante du test fonctionnel : elle porte sur la consommation de courant dans chaque état d'alimentation, et non uniquement sur la présence des rails d'alimentation.
3. Conception thermique dans un boîtier étanche
Les dispositifs IoT sont généralement petits et étanches, ce qui limite la dissipation de la chaleur. Un amplificateur de puissance, un régulateur et une radio fonctionnant ensemble dans un boîtier fermé élèvent la température locale bien au-dessus de la température ambiante, ce qui affecte la précision du capteur.
Les choix d'assemblage sont les suivants : vias thermiques sous le composant chaud, renfort métallique ou dissipateur thermique aux endroits où le boîtier est conducteur, et placement des composants de manière à éloigner le capteur de température du régulateur.
4. Revêtement sélectif
Le revêtement de protection protège un produit connecté de la condensation et constitue l'une des rares étapes de post-assemblage modifiant le comportement électrique de la carte. La constante diélectrique du revêtement modifie l'impédance des pistes RF et désaccorde l'antenne s'il est appliqué dans la zone d'exclusion.
Le revêtement est donc appliqué de manière sélective : les connecteurs, les points de test, les capteurs de pression et la zone de l'antenne sont masqués, tandis que le reste de la carte est recouvert à l'épaisseur spécifiée. Le choix entre revêtement et enrobage est abordé dans la section suivante. comparaison des revêtements
5. Test fonctionnel
Un assemblage IoT peut réussir les tests AOI, ICT et de mise sous tension, et pourtant échouer au seul test important : la liaison radio en limite de portée, la lecture du capteur en charge et le courant en mode veille.
Le test fonctionnel exécute donc le firmware, mesure le courant dans chaque état et teste la radio à l’aide d’un dispositif qui ne désaccorde pas l’antenne. Lorsque la conception inclut des pistes RF sur substrat Rogers, Arlon, Taconic ou Nelco, l’impédance est maintenue à ±10 % et vérifiée par empilage.
Éléments à fournir pour un devis
Le jeu de fichiers Gerber, la nomenclature, le plan d’assemblage avec la zone d’exclusion d’antenne et le masque de revêtement, la version du firmware pour le test fonctionnel et le cahier des charges pour chaque état d’alimentation. Les prototypes sont disponibles sous 1 à 3 jours ; les composants 01005 et 0201, les technologies mixtes et le revêtement sélectif sont tous fabriqués sur les quatre mêmes lignes SMT.
Les limites du processus sont définies par page de fabrication de PCBA; le contexte d'application pour les produits connectés se trouve sur le électronique grand public et télécommunications pages.
