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A topic from NCAB Group about integrated PCB Production

No 1 2020

Les réseaux 5G arrivent

–  quelles seront les conséquences sur la société, les entreprises et le secteur des PCB?

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La transition vers la nouvelle génération de communications mobiles, la 5G, a déjà débuté en Asie et aux États-Unis. Chris Shu, expert chez Samsung, conseille à toutes les entreprises de s’intéresser aux nouvelles opportunités que peut offrir cette révolution et de penser différemment.

Chris Shu a travaillé sur le développement d’entreprises et de produits dans le domaine des communications mobiles au tournant du millénaire. En tant que consultant, il a aidé les entreprises à mettre en place leurs stratégies lors du déploiement de leurs services mobiles 3G en Europe. Cela lui a permis d’occuper un poste de R&D chez Sony Ericsson en Chine, puis de mener d’autres activités de conseil. En 2010, Chris Shu a pris un poste chez Samsung, où il est actuellement vice-président et chef de la stratégie produit. Il est en charge des téléphones portables de bas et milieu de gamme au niveau mondial, ainsi que de tous les produits de téléphonie mobile en Chine. La cinquième génération de communications mobiles, la 5G, est actuellement en cours de déploiement à l’échelle mondiale et cette fois-ci, c’est un autre groupe de pays qui est à la pointe du développement.

Chris Shu

« Selon des estimations officielles du gouvernement chinois, la 5G devrait contribuer à la croissance mondiale à hauteur de 2 000 milliards de dollars par an d’ici 2035. »

Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung

« Avant le déploiement de la 3G, et même avec la 4G, l’Europe était en pleine effervescence. Je remarque que c’est différent aujourd’hui. Jusqu’à présent, beaucoup en Europe ont mis l’accent sur la terminologie technique de la 5G plutôt que sur ce qu’elle offre concrètement », affirme Chris Shu.

C’est en Asie et aux États-Unis que les choses se passent. Des services commerciaux 5G ont été mis en place en Corée du Sud, en Chine et aux États-Unis dès 2019, tandis que le lancement de services est prévu pour 2020 au Japon. Ce que nous constatons dans tous les pays qui jouent un rôle de premier plan, c’est que leurs gouvernements ont fait de la transition une priorité. En Europe, de nombreux pays ont interrogé certains fournisseurs sur des sujets liés à la sécurité nationale, tandis que les opérateurs étaient rebutés par les coûts élevés. Enfin, beaucoup d’utilisateurs finaux sont satisfaits de ce qu’ils possèdent actuellement.

« Mais les entreprises et tous ceux qui souhaitent s’impliquer dans la conduite des développements doivent commencer à s’intéresser aux nouvelles possibilités que la technologie peut offrir et au potentiel de nouvelles activités que peut générer la 5G. Selon les estimations officielles du gouvernement chinois, la 5G devrait contribuer à la croissance mondiale à hauteur de 2 000 milliards de dollars par an d’ici 2035. Il est grand temps que les entreprises commencent à élaborer de manière active et créative différents scénarios pour leurs activités actuelles ou qu’elles envisagent de nouveaux projets commerciaux que le changement technologique rend possible », poursuit-il.

D’ici 2025, on estime que le nombre d’utilisateurs de téléphones mobiles 5G atteindra les 500 millions rien qu’en Chine, ce qui équivaut à un tiers de l’ensemble des utilisateurs. En Europe, le chiffre correspondant est de 200 millions la même année et aux États-Unis de 189 millions. À court terme, la crise liée au coronavirus pourrait bien sûr ralentir cette évolution, mais la 5G va sans aucun doute se généraliser au cours des quatre prochaines années. Les fournisseurs d’équipements de réseau et les entreprises qui participent à la construction des réseaux en tireront profit lorsque la nouvelle technologie sera totalement déployée. Il faudra également un plus grand nombre de stations de base 5G par rapport à la 4G, et de nombreux endroits tels que les centres commerciaux et les gares disposeront de leur propre réseau interne.

La 5G entraînera un changement de paradigme

Plus important encore, la transition vers la 5G sera plus prononcée/marquée par rapport à ce qui a eu lieu lors des changements de génération précédents. Nous assistons à un changement de paradigme depuis le début. Pour la toute première fois, la communication mobile ne concerne plus essentiellement la communication entre les personnes. Il s’agit tout autant, voire plus, de la communication entre les personnes et les objets, ainsi qu’entre les objets connectés. Et parce que la transition en est encore à ses balbutiements, il y a d’énormes opportunités commerciales à exploiter.

« Si l’on peut dire que la 4G a changé notre vie, la 5G peut changer la société tout entière. Les entreprises doivent désormais sortir des sentiers battus et ne plus se limiter aux domaines d’activité, aux modèles commerciaux ou aux méthodes de travail actuels ».

Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung

« Si l’on peut dire que la 4G a changé notre vie, la 5G peut changer la société tout entière. Les entreprises doivent désormais sortir des sentiers battus et ne plus se limiter aux domaines d’activité, aux modèles commerciaux ou aux méthodes de travail actuels », déclare Chris Shu.

Pour résumer, trois aspects de la 5G contribueront à cette transformation : un taux de transfert beaucoup plus rapide, de nouvelles capacités de contrôle en temps réel et la possibilité de connecter tout ou presque à Internet.

« La 5G permettra des vitesses de plusieurs gigabits par seconde sans fibre. Elle change intégralement ce que nous percevons comme un Internet mobile rapide et satisfait toutes les conditions nécessaires pour créer de nouvelles applications dans des domaines tels que le divertissement, la réalité augmentée (RA), la réalité virtuelle (RV), la formation à distance et surtout les soins de santé », explique Chris Shu.

Un exemple de la façon dont l’expérience visuelle peut-être révolutionnée vient de la Corée du Sud. L’opérateur SK Telecom a lancé un service où les téléspectateurs contrôlent eux-mêmes les angles de prise de vue lorsqu’ils regardent un match de base-ball filmé par de nombreuses caméras 5G installées dans le stade. Autres évolutions : des réunions virtuelles faisant appel à la RA et des visites virtuelles, par exemple dans des musées, grâce à la RV.

« Dans le domaine de la santé, on peut envisager de nombreuses applications possibles. Je suis moi-même impliqué dans un projet de développement d’un scanner à ultrasons portable connecté que l’on peut utiliser pour effectuer des diagnostics à distance. Même les interventions médicales à distance peuvent devenir une réalité ».

Les capacités de contrôle en temps réel, quant à elles, permettent une automatisation accrue de l’industrie manufacturière avec des usines intelligentes. Dans les transports publics, elle peut ouvrir la voie à des améliorations majeures, par exemple les bus autonomes, mais aussi permettre à la gestion du trafic de connaître les besoins en temps réel et d’adapter la circulation en conséquence. L’agriculture est un autre domaine concerné puisqu’il devient possible d’obtenir de meilleures récoltes grâce à la collecte de données mais aussi, par exemple, de gérer l’irrigation en temps réel.

« La connexion généralisée entraînera des changements, notamment au niveau sociétal. Mais cela pourrait être une arme à double tranchant. D’un côté, la 5G offre la possibilité de bâtir une société plus sûre grâce à une utilisation plus efficace des ressources, par exemple lors des interventions d’urgence. Lorsqu’un accident de la circulation se produit, il devient possible de diriger automatiquement toutes les ressources nécessaires vers le lieu de l’accident. En revanche, le respect de la vie privée peut en être affecté en raison du grand nombre de caméras et de capteurs installés dans des lieux publics », explique Chris Shu.

Le passage à la 5G peut également entraîner l’apparition de nouvelles opportunités en ce qui concerne l’insuffisance des ressources nécessaires. Comme l’illustre le service de baseball que propose SK Telecom, les opérateurs de télécommunications peuvent devenir des fournisseurs de médias ou, par exemple, créer des réseaux sociaux. La possibilité de créer de nouvelles sources de revenus peut contribuer à justifier les gros investissements que devraient faire les opérateurs.

La connexion généralisée entraînera des changements, notamment au niveau sociétal. Mais cela pourrait être une arme à double tranchant.

Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung

 « Les fournisseurs de terminaux tels que Samsung et nos concurrents chinois auront évidemment beaucoup à gagner de cette transition. Les téléphones 5G haut de gamme sont déjà en cours de commercialisation mais la différence se fera surtout sentir lorsque les téléphones de bas et de milieu de gamme arriveront sur le marché, ce que la crise du coronavirus a retardé. Un grand nombre de périphériques tels que les adaptateurs, les passerelles, etc. devront également être remplacés. En outre, le besoin de Wi-Fi à domicile disparaîtra. »

De nombreux aspects de la transition restent toutefois encore flous. En ce qui concerne les méthodes de paiement ou la manière dont les différentes applications doivent être conçues, il reste de la marge pour permettre aux acteurs de ce processus de montrer et d’appliquer leur créativité. On peut prévoir que de nouvelles entreprises apparaîtront autour de nouvelles solutions.

« Au niveau de base, la 5G nécessite un grand nombre de capteurs connectés qui transmettent de gros volumes de données à très grande vitesse, ainsi qu’une plateforme capable de gérer le tout et qui intègre des applications pouvant répondre à toutes les données. Dans les domaines du divertissement, de la domotique, des solutions de cloud et des jeux, nous assisterons à des changements de plateforme et à des investissements majeurs dans les plateformes qui souhaiteront occuper une position dominante », estime Chris Shu.

De nouvelles solutions et applications vont apparaître dans de nombreux domaines. Quel que soit le secteur d’activité dans lequel les entreprises évoluent, elles ont beaucoup à gagner en intégrant la transition vers la 5G à temps.

« Tout ne se fera pas en même temps. Certains scénarios sont plus faciles à mettre en œuvre que d’autres. Nous devrions assister à une mutation rapide dans le domaine du divertissement. Ce sera probablement aussi le cas dans l’agriculture, alors que la transition vers des usines intelligentes a déjà démarré. D’autres changements seront plus lents. Par exemple, de nombreuses infrastructures de notre société devront faire l’objet d’une adaptation ou être changées. Nous devons également assister à une évolution des mentalités si, par exemple, nous devons réellement utiliser des véhicules autonomes. Si je devais me risquer à deviner comment les choses vont évoluer, je dirais qu’il faudra peut-être dix ans pour que ces changements sociétaux soient pleinement mis en œuvre », conclut-il.

Fonctionnalités essentielles dans le réseau 5G

EMBB – Enhanced Mobile Broadband
Offre des vitesses de transmission jusqu’à 20 fois plus élevées que la 4G. L’expérience sera totalement différente avec, par exemple, la possibilité de télécharger un long métrage en quelques secondes.

EMTC – Enhanced Machine Type Communication
Prend en charge dix fois plus de connexions que la 4G dans une zone définie, ce qui offre une énorme capacité pour l’internet des objets (IoT) et de nombreuses nouvelles applications.

URLLC – Ultra-Reliable Low-Latency Communication
Offre des temps de réponse plus ou moins garantis de 1 ms, soit un dixième du délai de la 4G. C’est une condition préalable à la chirurgie à distance, aux véhicules autonomes et à d’autres domaines d’application avancés.

Ondes millimétriques
Contrairement aux communications mobiles de génération précédente, la 5G utilise un spectre de fréquences plus élevé qui offre une capacité plus importante. Cela permet également de garantir des vitesses de transmission élevées même lorsque l’utilisateur se déplace à grande vitesse.

Découpage réseau
Permet de diviser un même réseau physique en plusieurs réseaux logiques distincts. Il est par exemple possible de séparer et de sécuriser totalement le réseau de la police tout en utilisant les mêmes ressources que le réseau 5G ouvert, avec la même vitesse, la même capacité et un faible temps de réponse.

Edge computing
Au lieu d’occuper un emplacement centralisé, le cloud est réparti en différents lieux situés le plus proche possible des appareils connectés, ce qui accélère les processus pour différentes applications.

IA
L’intelligence artificielle est une autre révolution majeure actuelle qui sera associée à la 5G à de nombreux niveaux. Un exemple simple est la manière dont les assistants vocaux peuvent offrir une expérience transparente lorsque les utilisateurs passent chez eux d’un appareil connecté à un autre.

Exigences accrues sur la matière et délais de fabrication plus longs

Quel sera l’impact du passage à la 5G sur la production de PCB ? Nous avons demandé à Andy Liu, directeur général de NCAB en Asie, son avis.

Selon lui, les matériaux utilisés dans les PCB devront tout d’abord répondre à de nouvelles exigences. Les applications 5G nécessiteront des gammes de fréquences beaucoup plus élevées. Les matériaux devront pouvoir supporter le fait que les signaux doivent traverser la carte sur leur parcours entre les différents composants.

« Parce que l’électronique sera toujours connectée, il sera crucial que les cartes soient à même de supporter l’accumulation de chaleur. Avec la 5G, nous allons assister à une utilisation croissante des technologies de dissipation thermique. »

Andy Liu
Managing Director, NCAB Group Asia

 « Les matériaux utilisés dans une carte standard peuvent traiter des signaux de 3 à 5 Ghz, tandis qu’avec une fonctionnalité 5G complète, il faut prévoir environ 25 GHz, voire plus. Les matériaux à haute fréquence étant difficiles à fabriquer, le choix de fournisseurs de matériaux est réduit, ce qui allonge les délais de livraison », explique-t-il.

De plus, la 5G nécessite un grand nombre d’antennes et de modules de fonction de transmission de signaux sur un même circuit imprimé. Cela impose des exigences en matière d’intégrité des signaux et sur l’insertion des connecteurs qui doit être réalisée avec la plus grande précision. Le risque est que différents signaux interfèrent entre eux, ce que de nombreux concepteurs de circuits imprimés résolvent avec le contreperçage (back-drilling).

« Il est vital que le contreperçage soit effectué avec la plus grande précision. Ce processus exige des normes encore plus strictes, car à des proportions si infimes, les marges sont réduites. »

Andy Liu ne voit pas la taille des cartes augmenter, mais elles devraient être plus densément remplies de minuscules composants. Les grandes quantités de données transmises par la 5G nécessiteront également des processeurs plus puissants, ce qui signifie que les cartes à haute densité comprenant 10 à 20 couches se généraliseront, ce qui entraînera une augmentation des exigences sur le processus de pressage. La technologie d’imagerie directe par laser (LDI – Laser Direct Imaging) sera fréquemment utilisée, tout comme les inspections optiques automatiques (AOI – Automatic optical inspection), car les objets deviendront si petits qu’ils ne seront plus visibles à l’œil nu.

« Nous envisageons des tailles de trou de 0,1 mm, ce qui rend impossible tout perçage mécanique. Nous allons donc connaître une utilisation croissante de la technologie du perçage au laser. La fabrication des PCB sera de plus en plus automatisée », déclare Andy Liu.

« Et parce que l’électronique sera toujours connectée, il sera crucial que les cartes soient à même de supporter l’accumulation de chaleur.  Avec la 5G, nous allons assister à une utilisation croissante des technologies de dissipation thermique, » prédit-il.

Même en ce qui concerne la conception des PCB, la technologie 5G soulèvera de nouveaux défis. Les concepteurs devront être capables d’optimiser le stack-up des cartes et de faire le bon choix de matière et de design pour éviter toute perturbation des signaux.

« Il faudra concevoir les cartes de manière à pouvoir inclure différents matériaux et/ou épaisseurs de matériaux dans une même carte, et s’orienter sur ce qui fonctionne le mieux dans une production en série. De plus, il sera important de faire appel à une usine préparée et familiarisée aux matériaux concernés. Il sera peut-être nécessaire de concevoir plus de prototypes et de procéder à des essais approfondis pour évaluer leurs concepts. Tout cela permettra de réduire les délais de mise sur le marché et de garantir la qualité », explique Andy Liu.

« L’industrie a également atteint un stade de consolidation où les petites usines ont été évincées du marché par les grands acteurs. Ce processus s’est accéléré suite à l’arrêt de la production lié au coronavirus ».

Andy Liu
Managing Director, NCAB Group Asia

Actuellement, l’un des problèmes lié à l’investissement massif dans la 5G en Chine est le manque de capacité pour produire des PCB plus avancés techniquement. Cela entraîne un allongement des délais de production.

L’impact de la technologie 5G sur la fabrication des PCB

  • Des matériaux de qualité supérieure, à même de traiter les signaux à haute fréquence, seront nécessaires
  • L’intégrité des signaux gagnera encore en importance avec la présence de nombreuses antennes sur les cartes
  • La nécessité d’une précision encore plus grande rendra la fabrication plus automatisée
  • Les PCB multicouches et à haute densité vont se généraliser
  • Les technologies LDI et AOI seront plus courantes
  • Utilisation accrue de la technologie de dissipation thermique pour gérer l’accumulation de chaleur dans les applications 5G
  • Nouveaux besoins des concepteurs pour gérer l’optimisation des stack-up, etc.
  • La conception de prototypes et la mise en place d’essais approfondis gagneront en importance
  • Pénuries des capacités de production et délais plus longs en raison de la transition

« La situation a été encore aggravée par les efforts du gouvernement chinois pour stimuler l’économie suite à la crise du coronavirus, notamment en accélérant la transition vers la 5G. Une poignée de grandes sociétés associées à ce processus assurent une très grande partie de la capacité de production. Cela allonge encore les délais de production qui sont déjà longs », affirme Andy Liu.

« L’industrie a également atteint un stade de consolidation où les petites usines ont été évincées du marché par les grands acteurs.  Ce processus s’est accéléré suite à l’arrêt de la production lié au coronavirus, » ajoute-t-il.

NCAB Group dispose d’un grand pouvoir d’achat et de relations bien établies avec les principales usines de PCB. Cela simplifie les choses, notamment par rapport à une entreprise qui essaierait de passer elle-même de petites commandes. En fait, nous constatons actuellement une tendance où beaucoup de grandes usines ont cessé de travailler pour leurs plus petits clients, qu’ils soient existants ou nouveaux.

« Cela nous procure un certain avantage mais nous ne prévoyons pas une amélioration des délais, bien au contraire. C’est la raison pour laquelle nous conseillons à nos clients d’être proactifs et de passer commande le plus tôt possible, » conclut Andy Liu.




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