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La miniaturisation des connecteurs permet aux fabricants de répondre à la demande des consommateurs pour des produits alliant puissance de traitement, encombrement et poids réduits pour une mise en oeuvre dans des appareils léger, robustes et capables de fonctionner à longueur de journée tout en étant suffisamment compacts pour tenir dans la poche d’une chemise. Les utilisateurs sont habitués à des téléphones mobiles toujours plus plats et à des tablettes et des ordinateurs portables toujours plus légers, faciles à ranger et à manipuler. La demande reste vive pour des appareils portables offrant des vitesses de traitement toujours plus rapides et une autonomie toujours plus grande, à des prix comparables à ceux des produits de générations précédentes.

Les marchés des smartphones et des autres appareils mobiles arrivant à maturité, ceux-ci sont orientés vers des offres de produits de plus en plus riches en fonctionnalités. Face à la prolifération des tablettes, mini-tablettes et autres liseuses, le postulat « plus c’est petit, mieux c’est ! » ne peut plus être pris systématiquement pour argent comptant. Avec le succès des contenus vidéo accessibles en ligne, les fabricants offrent de plus en plus de produits équipés de grands écrans pour offrir aux uti- lisateurs une meilleure qualité de visionnage. Souvent dotés d’écrans de sept pouces offrant des images aux couleurs éclatantes, ces appareils hybrides sont à usage multiple – communications, navigation web et divertissement. De même, dans le secteur des appareils photos numériques, les appareils ultra-compacts sont parvenus à un plancher en termes de réduction de taille, la plupart étant désormais équipés d’écrans de 3,5 pouces. Le grand public, qui a un vaste choix d’appareils de poche à disposition, s’oriente de plus en plus vers des fonctionnalités à valeur ajoutée, comme le flash et le zoom automatiques.

Aux limites mécaniques des technologies de connecteurs traditionnelles

L’arrivée ininterrompue de technologies de connecteurs de plus en plus compactes et à densité d’intégration de plus en plus élevée a encouragé les fabricants de matériel électronique à se montrer toujours plus exigeants en matière de réduction de taille. La miniaturisation des connecteurs repose avant tout sur l’optimisation de la surface disponible sur les cartes de circuit imprimé pour permettre la plus forte concentration de signaux possible. Plusieurs obstacles viennent contrarier la miniaturisation continue de connecteurs.

L’épaisseur des broches constitue certainement l’obstacle majeur à la miniaturisation. Lorsque l’épaisseur des broches n’est plus que de l’ordre du dixième de millimètre (0,15 à 0,2 mm en cas de « plastic casing »), la densité des broches peut devenir trop importante, au risque d’entraîner des courts-circuits. Divers problèmes se posent alors du point de vue de la fabrication, notamment pour ce qui concerne l’enroulement et le formage des broches. L’intégrité des produits et les signaux électriques peuvent se détériorer. Les connecteurs finis doivent être suffisamment robustes pour être montés sur la carte, soudés et assemblés et pour résister à un essai de chute d’un mètre sans perte de fonctionnalité mécanique ou opérationnelle, même pour une milliseconde. En termes de réduction de taille, les technologies de connecteurs traditionnelles sont en train d’atteindre un point de rendement décroissant. Les métaux fortement alliés peuvent donner une connexion plus solide et produire plus de courant, mais ils requièrent des stratégies plus efficaces en termes de dissipation thermique. Avec le succès grandissant des connecteurs à faible hauteur de contacts et à pas très fin, la difficulté va consister à maintenir les niveaux de performance et de longévité auxquels les fabricants et les consommateurs sont désormais habitués.

Microsystèmes électromécaniques et circuits imprimés souples : les connecteurs micro-miniatures de nouvelle génération

Disponibles à un pas de l’ordre de 0,2 mm, les connecteurs FPC (Flexible Printed Circuit) sont les plus petits proposés actuellement sur le marché. Il existe un vaste choix de connecteurs FCP en mesure de répondre à un large éventail de spécifications d’encombrement et d’application. Les options de FPC à pas fin comprennent notamment les verrouillages de type « push » ou « flip  » avec des actionneurs pré-montés qui sécurisent la connexion entre le circuit imprimé souple (FPC) et les broches du connecteur. Les autres fonctionnalités comprennent les contacts doubles, les versions compactes pour limiter encore l’encombrement et les différents types de dispositifs de verrouillage de câble à languette et actionneur qui offrent des options supplémentaires d’alignement de câbles et de rétention. En fonction des besoins de l’application, un boîtier de connecteur surélevé peut permettre de placer les composants sous le circuit FPC pour une souplesse de conception optimale et un encombrement minimal. Dans les plages de pas de 0,25 à 1,0 mm, les connecteurs FPC micro-miniatures offrent une association de profondeur, hauteur et longueur réduites qui permet de limiter encore l’encombrement. Même à ces tailles, les connecteurs assurent une rétention et une relaxation optimales sur la carte, tout en permettant de multiplier les cycles d’insertion-extraction avec une usure minimale.

De nouvelles capacités dans la technologie des microsystèmes électromécaniques (MEMS, pour Micro- ElectroMechanical Systems) permettent de concevoir des connecteurs ultra-compacts qui combinent signal et puissance dans un seul et même connecteur de taille réduite, tout en assurant des économies d’échelle et une qualité homogène. La technologie de fabrication MEMS utilise des techniques de gravure et de masquage de précision pour créer les contacts et les boîtiers. Tout en permettant une compacité extrême, ces technologies minimisent les frais d’outillage en permettant d’utiliser un seul masque au lieu de plusieurs moules et outils de découpe. Dans le domaine de l’électronique et des autres applications grand public, les connecteurs MEMS comprennent notamment les applications FPC-à-carte, carteà-carte et module caméra. Les solutions FPC-à-batterie et les autres solutions de module peuvent réduire encore l’encombrement dans les appareils mobiles.

Les technologies concurrentes comprennent notamment la technologie ACF (Anisotropic Conductive Film), qui consiste essentiellement à coller des câbles FPC sur des surfaces telles que des écrans LCD. La technologie ACF a notamment pour inconvénient son manque de précision et sa capacité d’accouplement unique. En cas de dommage au niveau de l’accouplement, il est nécessaire de remplacer l’écran ou d’autres composants onéreux. La technologie MEMS permet de réduire la force d’insertion, de renforcer les joints à brasure tendre et d’optimiser la souplesse des FPC pour faciliter encore l’insertion et l’extraction. Les solutions MEMS éliminent également l’accouplement unique inhérent à la solution par adhésion ACF existante.

Marchés émergents et marchés potentiels pour les connecteurs à pas très fin

Dans les applications à grand volume, la technologie des microsystèmes électromécaniques (MEMS) permet de bénéficier d’un processus de fabrication économique pour limiter l’encombrement et augmenter l’intensité de courant sans sacrifier les performances. Les marchés potentiels pour les connecteurs à pas très fin submicrométriques (<100 μm) à micro-gravure et traitement laser ou les connecteurs à semi-conducteurs/MEMS, couvrent un large éventail d’appareils médicaux, de systèmes d’encapsulation de CI et de systèmes ultra-mobiles, en plus des accéléromètres, des dispositifs de positionnement et des capteurs d’airbags automobiles. Les microsystèmes électromécaniques (MEMS) ont également la possibilité d’accéder à une position plus dominante sur le marché des appareils grand public.

Avec les progrès des techniques de connexion, qui permettent de miniaturiser encore les composants, la demande est de plus en plus forte chez les fabricants de câbles souples chargés de développer des rubans électriques pour les circuits de raccordement à densité d’intégration maximale. Les limitations sont les processus de découpe et de formage des contacts utilisés dans la fabrication de connecteurs. Aucun processus de fabrication de connecteurs ou de câbles n’a encore à combler le fossé technologique avec les circuits sous-microminiatures. L’industrie a bien avancé dans le perfectionnement des processus FPC et MEMS, notamment avec la possibilité pour les connecteurs optiques d’occuper une place prépondérante lorsque les niveaux de prix auront baissé.