La miniaturisation électronique n’est pas simplement un processus de réduction de tout. La miniaturisation d’une phase d’un produit révèle généralement des limites et des obstacles dans d’autres parties du processus global de conception et de fabrication. Ainsi, le progrès se produit souvent par poussées inégales, car les progrès d’une technologie spécifique — fabrication de semi—conducteurs, carte de circuit imprimé, alimentation, fabrication et emballage – dépassent d’autres technologies. Les développements dans plusieurs domaines autres que les matrices de circuits intégrés se révèlent essentiels au progrès continu de la miniaturisation.
Dans le domaine des composants passifs, l’introduction du facteur de forme « 0201 » (20 x 10 mil) pour les dispositifs montés en surface (SMD) en est un exemple. Ces composants quasi microscopiques occupent 25% de la surface de la carte et moins de 20% du volume des pièces précédentes de 40 à 20 mil. Un développement connexe est l’utilisation d’adhésifs à la place de la soudure pour monter des SMD. En outre, l’élimination progressive de la soudure à base de plomb aura des effets considérables sur l’ensemble de l’industrie électronique. Même les développements de la technologie des puces produisent des effets de miniaturisation ailleurs. La création de circuits intégrés CMOS fonctionnant sur des tensions d’alimentation plus faibles permettra une miniaturisation encore plus grande et une durée de vie de la batterie plus longue en réduisant les sources d’alimentation.
Pendant un certain temps, le procédé soustractif (gravure) pour la fabrication de cartes de circuit imprimé a été considéré comme un obstacle à une miniaturisation ultérieure des circuits. À mesure que la taille des caractéristiques diminue, le maintien des tolérances dimensionnelles et de la fiabilité à long terme devient plus difficile car la gravure a tendance à sous-dépouiller le métal sous le masque de trace. Un nouveau procédé additif utilise l’électroformage pour accumuler des traces métalliques sur un substrat de carte de circuit imprimé et prend en charge la fabrication de trous de 25 mm de diamètre et de lignes / espaces de 10 mm de largeur sur des cartes de circuit imprimé aussi minces que 12,5 mm. Ces chiffres représentent des réductions de 75% à 80% par rapport aux cartes de circuit imprimé gravées. Des techniques telles que l’empilement de copeaux préservent davantage les biens immobiliers.
La gestion thermique a également été identifiée comme un obstacle à la miniaturisation, en particulier à mesure que les vitesses des appareils et les densités d’emballage augmentent. Les charges thermiques devraient dépasser les techniques de refroidissement établies en 2003 ou 2004. Maintenant, l’accent est mis sur des stratégies de refroidissement localisées et actives qui offrent une très faible résistance thermique, une capacité subambiante, une rentabilité et une fiabilité pour la réfrigération directe et ponctuelle des régions à flux thermique élevé sur les matrices de circuits intégrés.
L’essentiel de la plupart des compromis dans la miniaturisation est de savoir si le marché supportera ou non le coût d’atteindre un niveau de taille / performance donné. La miniaturisation de pointe devient généralement plus coûteuse à mesure que les tailles sont réduites. Une partie de l’augmentation des coûts résulte des installations et des machines de placement / collage qui peuvent atteindre une plus grande précision. Selon certaines estimations, un rendement d’au moins 98% est nécessaire pour rentabiliser les produits électroniques miniaturisés. Une miniaturisation plus agressive peut rendre ces rendements plus difficiles à atteindre, entraînant une augmentation des coûts jusqu’à ce que la technologie de fabrication arrive à maturité. Le problème s’ajoute à l’impossibilité croissante de retravailler ou de réparer à mesure que les produits rétrécissent. Certains processus de miniaturisation empêchent les tests jusqu’à ce que les composants soient engagés dans l’assemblage final de la carte PC.
La miniaturisation est très présente dans de nombreux types de produits de consommation, mais elle peut être poussée trop loin. Par exemple, les téléphones cellulaires pourraient être réduits au point où les claviers et les écrans seraient difficiles à utiliser. De plus en plus, les concepteurs de produits sont mis au défi de fournir des interfaces homme-machine faciles à utiliser malgré une complexité de produit plus élevée et un parc immobilier de panneau de contrôle réduit. De nombreux appareils électroniques ont déjà atteint un facteur de forme presque optimal. La miniaturisation future se concentrera de plus en plus sur l’augmentation de la sophistication, des performances et de la pénétration du marché d’un produit.
La miniaturisation extrait généralement une certaine pénalité de coût, elle convient donc mieux aux produits moins sensibles aux coûts. Des marchés tels que l’instrumentation, la sécurité, l’aérospatiale et l’électronique militaire, et en particulier l’électronique médicale, peuvent supporter les coûts, alors que les produits de télécommunications actuels ne le peuvent pas.Les progrès continus dépendent maintenant des fabricants et des concepteurs qui résolvent les problèmes liés à l’électronique et à la physique et à la chimie du refroidissement, de la production de cartes PC, de la distribution d’énergie et de la transmission de signaux RF.