Dans la plupart des applications standard, les câbles monobrins ou multibrins discrets sont généralement suffisants. Cependant, si le système présente des contraintes d'espace ou de poids, des solutions d'interconnexion plus optimisées doivent être envisagées.
 
Les avantages des circuits imprimés flexibles (FPC) :
les FPC ont connu une croissance exponentielle ces dernières années. Ils sont constitués de couches de circuits complexes gravées directement sur un substrat polymère ultra-mince cuivré. Offrant des profils encore plus bas et une réduction de poids considérable, les FPC sont déjà devenus un choix populaire dans le secteur de l'électronique grand public. Ils sont également de plus en plus utilisés dans la conception de satellites, de systèmes robotiques et d'avionique modernes.

Un atout majeur des FPC est leur capacité à résister à des courbures beaucoup plus prononcées que les autres types de câblage. De plus, ils résistent mieux aux mouvements dynamiques lors de la flexion. Ceci est particulièrement important pour les actionneurs linéaires, les ordinateurs portables durcis et les surfaces de contrôle de vol, où des mouvements périodiques continus s'effectuent sur un seul axe.

La conception d'un FPC (Filter-on-Cable) lui permet de se courber à angle droit par rapport au plan du câble, mais pas dans d'autres directions. Son utilisation entraîne la perte de la possibilité de se courber simultanément sur plusieurs axes.

Quelle option choisir ?
Le choix entre un câble FPC et des câbles discrets dépend des paramètres de fonctionnement du système et de l’environnement d’application. Voici les principaux points à considérer :
 
1. Quel niveau de courant est nécessaire ?
Comme mentionné précédemment, les FPC sont constitués de pistes de cuivre ultra-minces. Par conséquent, leurs niveaux de courant, tant normaux que de crête, sont inférieurs à ceux d’autres types de câblage. Il est donc essentiel d’en tenir compte avant de choisir le câblage. Les FPC ne dépassent généralement pas 1 A par circuit. La seule façon d’augmenter leur capacité de courant serait d’épaissir les pistes de cuivre, ce qui réduirait la flexibilité du FPC. À l’inverse, les câbles discrets peuvent fournir des courants au moins trois fois supérieurs à ceux des FPC. Ils conviennent donc aussi bien à l’alimentation électrique qu’à la transmission de données.

2. La minimisation du poids total du système est-elle une priorité ?
Le câblage peut contribuer de manière significative au poids total d'un système. Par conséquent, si vous développez un système haute fiabilité (Hi-Rel) alimenté par batteries ou utilisant des réserves de carburant, le poids sera un facteur important et le choix d'un câblage approprié est essentiel. Prenons l'exemple d'un drone (UAV). Pour cette application, l'utilisation de circuits de protection de carburant (FPC) peut être judicieuse pour réduire le poids, à condition que les niveaux de courant supportés restent compatibles avec ce type de connexion.

3. Quelles sont les contraintes d'espace ?
Pour déterminer l'espace nécessaire à la connexion entre une carte de circuit imprimé et des câbles, deux éléments sont à prendre en compte. Premièrement, la hauteur du connecteur de câble doit être supérieure à celle du connecteur équivalent monté sur la carte. Deuxièmement, les câbles sortant verticalement à l'arrière de la connexion doivent disposer d'un dégagement suffisant pour compenser le rayon de courbure. Il peut même être nécessaire d'ajouter un rembourrage au dispositif, à la carte ou au boîtier opposé afin d'éviter l'usure des câbles courbés lors de l'utilisation sur le terrain. Avec les FPC, le fait de laisser le connecteur CMS à angle droit permet de réduire ces contraintes d'espace.

4. Quel rayon de courbure le câblage peut-il supporter ?
Un rayon de courbure de 6 à 10 fois l’épaisseur de l’isolant du câble est généralement acceptable. Grâce à sa structure beaucoup plus fine, un câble FPC supporte des courbures bien plus prononcées que les câbles traditionnels. Toutefois, il est important de noter que cela n’est valable que dans un seul sens (le long du câble). Prenons un autre exemple : un bras robotisé doté de plusieurs articulations axiales lui permettant d’effectuer des mouvements complexes. Pour ce type d’application, un câble traditionnel capable de se tordre et de pivoter pourrait s’avérer plus adapté.

5. La courbure restera-t-elle constante ou le câble devra-t-il supporter des courbures variables tout au long de sa durée de vie ?
Si le câble est destiné à subir de nombreux cycles de flexion, la durabilité du câble FPC se distinguera probablement de celle d’autres types de câblage, tandis que les matériaux de câblage traditionnels deviendront plus cassants sous l’effet de flexions répétées.

6. Où seront situés précisément les câbles par rapport au système ?
Ce point est crucial, car les câbles FPC possèdent un blindage externe plus fin et sont donc plus exposés. Idéalement, ils devraient être placés à l’intérieur d’un boîtier pour garantir un fonctionnement continu. À l’inverse, les faisceaux de câbles discrets sont dotés d’une gaine polymère plus épaisse autour de leurs conducteurs, offrant une meilleure protection contre les dommages potentiels. Par conséquent, ils doivent être utilisés en faisceau s’ils sont situés à l’extérieur du système. Les faisceaux de câbles sont également plus faciles à fixer à l’aide d’accessoires de gestion des câbles. Cela permet d’éviter les vibrations indésirables, ainsi que l’usure due au contact avec d’autres composants et le boîtier. Cela facilite également l’ajout d’un blindage supplémentaire autour des faisceaux de câbles.

7. Quels matériaux spécifier ?
Connecteurs, câbles, FPC et accessoires sont disponibles dans une grande variété de matériaux. Définir les exigences de température dès le départ et vérifier que tous les matériaux composant le câble ou la connexion FPC choisis peuvent y résister permet d’éviter des problèmes ultérieurs. Les effets des interférences électromagnétiques (IEM) doivent également être pris en compte lors du choix des matériaux. Travailler directement avec le fournisseur permet de vérifier que le produit final est adapté à tous les facteurs pertinents. Si l’environnement est trop difficile, des méthodes de blindage peuvent être nécessaires. Un tressage externe du faisceau de câbles peut être requis pour lutter contre les IEM, mais des connexions flexibles peuvent être une meilleure option dans ce cas, car elles sont moins sensibles aux émissions d’IEM. Des tests peuvent être nécessaires pour confirmer les meilleures options pour une application donnée.

8. Quels autres facteurs faut-il prendre en compte ?
Lors de la manipulation de matériel satellitaire, il est essentiel de prêter attention aux propriétés de dégazage de l’ensemble, car des substances pourraient être libérées dans le vide spatial et affecter le fonctionnement des circuits électroniques critiques. En cas de risque de contamination par des huiles, des carburants ou d’autres produits chimiques, ou de développement de champignons, des mesures de précaution doivent être prises.

Pour compléter sa gamme de câbles intégrés, Harwin propose désormais des connecteurs haute fiabilité avec FPC. Disponibles pour ses produits Datamate J-Tek (pas de 2 mm) et Gecko (pas de 1,25 mm), ces FPC sont parfaitement adaptés aux systèmes à espace restreint. Leur faible épaisseur permet un empilage plus compact des cartes. De plus, grâce à l'utilisation de connecteurs à angle droit, l'accès au câblage est facilité, les terminaisons pouvant être positionnées en périphérie de la carte plutôt qu'au centre.

Les circuits imprimés flexibles (FPC) utilisés dans ces assemblages possèdent une âme en polyimide cuivré avec une couche adhésive. La partie rigide à l'extrémité libre est conçue pour être compatible avec différents types de connecteurs FPC (ZIF et LIF).

Les circuits imprimés flexibles (FPC) de Harwin présentent un pas de 0,5 mm et une intensité nominale de 0,4 A pour Gecko, ou un pas de 1 mm et une intensité nominale de 1 A par piste pour Datamate. Ils supportent une large plage de températures de fonctionnement, selon les spécifications du connecteur. Outre les exemples existants, d'autres conceptions de circuits imprimés flexibles (de différentes tailles et longueurs) peuvent être fournies pour répondre aux besoins spécifiques des clients.

Une large gamme de câbles pré-assemblés est disponible en stock. Grâce à leur isolation en PTFE, ils sont entièrement conformes à la norme de câblage internationale IPC WHMA-A-620. Disponibles en différentes longueurs, ils peuvent être configurés en versions simple ou double. Des assemblages sur mesure peuvent également être fournis afin de répondre précisément aux exigences spécifiques des clients. Les faibles quantités minimales de commande permettent de fournir ces câbles pour les travaux de développement et de prototypage.

Il est clair que dans les environnements où l'espace est limité ou lorsque le poids total du système doit être réduit au minimum, les câbles FPC et les câbles discrets présentent tous deux des avantages. Chacun offre des atouts spécifiques dans certains domaines. Le choix entre les deux dépendra des circonstances particulières. N'hésitez pas à contacter les experts de Harwin pour obtenir des conseils avisés et faire le bon choix.

Auteure : Wendy Jane Preston, spécialiste de l’interconnexion chez Harwin