Le renouvellement industriel intégrant les outils de l'usine du futur est l'objectif visé par le labcom LEMCI, Laboratoire d'Etudes et de Modélisation des Circuits Imprimés. Ce laboratoire commun, entre le LEM3, Université de Lorraine, et CIMULEC, PME fabriquant de circuits imprimés, est soutenu par l'ANR sur la période 2015-2018.

Les nouvelles technologies bouleversent en profondeur l'industrie du circuit imprimé pour les applications à haute valeur ajoutée (aéronautique, aérospatiale, militaire, ...).. Le marché associé concerne certes de faibles quantités de produits finis, mais certains projets pour des applications spécifiques nécessitent la production d'un grand nombre de prototypes durant la phase de validation. La durée des programmes peut ainsi augmenter considérablement, entraînant alors un surcoût important. La maîtrise des concepts par l'entreprise manufacturière est indéniablement un plus dans la maîtrise des étapes de fabrication et validation. C'est cette voie que le LEMCI se propose d'explorer en créant un outil de chaîne numérique pour la conception et la validation de circuits imprimés.

La conception des cartes (supports de composants électroniques) est souvent réalisée au sein des grands groupes qui mettent à disposition des fabricants les plans sous forme de calques 2D. Ceux-ci sont générés en format GERBER et contiennent la description des différentes couches de connexions électriques. Les pistes conductrices sont par exemple des images vectorielles (2D) tracées sur des feuillets de cuivre supportés par un stratifié. Par un procédé chimique, le cuivre non marqué est enlevé ne laissant apparaître que les pistes épargnées par l'image. Les différentes couches de cuivre sont alors assemblées entre elles et séparées de diélectriques. Pour finir, le circuit subit des opérations de perçage, ainsi que des dépôts de cuivre dans les trous permettant de connecter les pistes entre elles. Pour les applications concernées, une dizaine de couches de cuivre viennent composer les cartes. .

Le LEMCI propose une démarche de rétroconception se basant sur les fichiers 2D fournis aux fabricants. Toutes les spécifications du format Gerber sont prises en compte dans l'outil développé qui conduit, in fine, à la conception volumique (sous CATIA V5).

L'intérêt du modèle 3D de la carte est double. La CAO permet d'une part de visualiser avec précision le produit avant l'étape de fabrication et mener ainsi une étude de faisabilité n'engageant aucun coût. D'autre part, des sous-éléments identifiés comme critiques lors de la phase de qualification du produit (cycles thermiques -55°C à +125°C) peuvent être isolés du concept 3D global, maillés et simulés par éléments finis. En raison de l'hétérogénéité des matériaux mis en œuvre, les contraintes d'origine thermiques peuvent conduire à la rupture du cuivre habillant les trous. Par cette approche couplant rétroconception, sélection de zones critiques et simulation numérique, le LEMCI propose un outil d'optimisation de dépôt de cuivre de manière à prévenir un risque de fissures précoces. Cette étape s'appuie sur la connaissance du comportement mécanique des différents matériaux intégrés dans la carte, autre axe du Labcom LEMCI.

D'autres voix explorées par le LEMCI et s'appuyant sur la démarche proposée concernent la prévision de la durée de vie des cartes en condition de fonctionnement, la validation des designs imposés par le client, voire leur redéfinition via un processus d'optimisation. Par ailleurs ce projet vise à l'avenir à certifier un produit en se fondant en grande partie sur les moyens numériques et comptant une phase de validation par prototype fortement réduite. Enfin l'objectif du Labcom LEMCI est de compléter l'outil de chaîne numérique par l'intégration de l'impression 3D dans l'étape de fabrication/prototypage. Pour résumer, ce projet de Labcom LEMCI a pour ambition d'aider l'industrie du circuit imprimé à bien négocier son virage vers l'industrie du futur.