imprimée par impression additive numérique
Yuan Gu et Ayan Maity -
Scientifiques principaux, Electroninks
Alors que le monde de l'électronique continue de changer de forme - littéralement - et que les produits deviennent portables, flexibles, pliables et capables de traiter des données en même temps, la demande pour les minuscules circuits qui rendent tout cela possible a atteint un point de basculement, créant un besoin de solutions innovantes.
Les progrès de la fabrication additive dictent la forme, la taille et même l'objectif des nouveaux produits qui doivent encore être créés par les entreprises industrielles et de consommation. Les encres sans particules d'Electroninks, associées à la nouvelle génération de NanoJet fournie par le système Integrated Deposition Solution (IDS), permettent la fabrication de capteurs et de circuits. L'association des encres sans particules d'Electroninks et du système IDS NanoJet permet d'obtenir un rendement de masse plus élevé, une meilleure qualité d'impression et un coût inférieur pour la fabrication de produits électroniques par rapport aux autres technologies d'impression numérique traditionnelles.
Les encres conductrices sans particules Cu, Ni, Ag, Au et Pt d'Electroninks, Inc. (basée à Austin, TX) sont des encres à base de métallo-organique qui offrent des performances et une fiabilité supérieures à celles des encres à base de nanoparticules. Les encres sans particules composées de précurseurs métallo-organiques ont généralement de meilleures performances car elles réduisent les films métalliques plus proprement, souvent à une température plus basse. Les films finaux ne contiennent pas de composants organiques et ont tendance à survivre aux tests de stress/adhésion, ce qui augmente leur fiabilité par rapport au niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) et aux normes aérospatiales.
Les encres sans particules constituées de précurseurs métallo-organiques se décomposent plus proprement et souvent à une température plus basse. Les encres sans particules ont également une meilleure stabilité pendant l'impression par rapport aux encres à base de nanoparticules, d'où une meilleure uniformité et longévité de l'impression. La durée de conservation des encres à base de métallo-organique est généralement plus longue que celle des encres à base de nanoparticules.
Tableau 1 : Comparaison des encres Ag, Au et Pt à base de NPs avec les encres Ag, Au et Pt sans particules d'Electroninks.
Les encres peuvent être déposées en utilisant l'impression par jet d'aérosol qui est une méthode de dépôt sans contact. Le schéma de ce procédé d'impression implique la projection d'un flux d'encre produit par atomisation ultrasonique ou pneumatique. Les encres Ag, Au et Pt d'Electroninks sont spécialement conçues pour l'atomisation par ultrasons, de sorte qu'elles atteignent une résolution d'impression plus élevée que le procédé d'atomisation pneumatique plus conventionnel. Ce nouveau procédé avancé d'impression de circuits, de capteurs ou d'interconnexions à l'aide d'une imprimante à jet d'aérosol (système OPTOMEC ou système IDS NanoJet) utilisant l'encre Ag, Au ou Pt sans particule d'Electroninks est très flexible, de haute conductivité et de grande fiabilité. Ce système donne également aux clients un contrôle total et une énorme latitude pour personnaliser leur application et choisir les substrats.
IDS a développé la technologie de tête d'impression par jet d'aérosol de nouvelle génération. Ce procédé de projection, appelé NanoJet, repose sur une focalisation hydrodynamique et aérodynamique. Il permet d'obtenir une large distribution de la taille des gouttelettes d'aérosol collimatées et focalisées, ce qui permet d'obtenir des lignes imprimées avec une qualité exceptionnelle des bords imprimés. En comparaison, les approches alternatives traditionnelles ont historiquement donné lieu à un overspray sur les bords des lignes imprimées.
L'encre Au sans particule d'Electroninks présente une fraction solide de 4 à 10 % en poids avec un rendement massique compétitif par rapport aux encres à base de NP. L'encre sans particule est concentrée dans l'atomisation car les solvants à haute pression de vapeur sont éliminés pendant l'atomisation. Cela garantit un rendement massique approprié. Grâce à cette nouvelle formulation de l'encre, l'encre Au sans particules d'Electroninks peut être imprimée à température ambiante avec un débit massique élevé, ce qui est essentiel pour l'impression de surfaces conformes. La structure imprimée est durcie thermiquement à 300 °C pendant 1 heure pour obtenir la meilleure conductivité électrique.
Figure 2 : Impression d'encre Au sur du verre (a) avant durcissement thermique ; (b) après durcissement à 300C pendant 1h
Les débordements et les taches satellites sont inévitables dans l'impression par jet d'aérosol. L'overspray et les taches satellites sont causés par des gouttelettes moins lourdes dont l'inertie est insuffisante pour être focalisées par le gaz de la gaine centrale et déposées le long du bord des lignes conçues. En revanche, l'encre Au sans particules a une excellente atomisation. Elle présente un overspray limité et des taches satellites dans les caractéristiques fines imprimées par le système IDS, ce qui se traduit par une largeur de ligne d'environ 60μm. Cette amélioration de la définition des bords de ligne et de la qualité globale des lignes fait que l'encre Au sans particule d'Electroninks convient à l'impression d'interconnexions denses dans l'électronique compacte.
L'encre d'argent sans particule d'Electroninks présente une charge d'argent de 14 % et le même mécanisme de formulation d'encre que l'encre d'or d'Electroninks pour garantir un rendement de masse élevé. La plupart des encres d'argent alternatives existantes nécessitent une impression à une température élevée pour éviter l'étalement. Cela limite l'impression sur des surfaces conformes ou l'impression sur des substrats 3D. L'une des caractéristiques uniques de l'encre argentée d'Electroninks est qu'elle peut être utilisée pour imprimer sur des structures à fort rapport d'aspect sans plaques chauffantes. Les caractéristiques imprimées ont minimisé l'overspray et le spot satellite et la largeur de ligne est mesurée à 15μm avec une épaisseur approximative de 2μm.
Les encres Ag et Au d'Electroninks peuvent être traitées à température ambiante, ce qui les rend idéales pour l'impression sur des surfaces complexes. Son encre Ag offre une résistivité de 5-7 μΩ-cm tandis que l'Au peut fournir une résistivité de 6 μΩ-cm ; cette faible résistivité nécessite moins de passages d'impression et permet de gagner du temps par rapport aux encres alternatives. Des essais pilotes ont montré que la technologie de jet d'aérosol de nouvelle génération de l'IDS - qui utilise les encres sans particules d'Electroninks - peut imprimer des caractéristiques d'une taille allant de 20μm de large par 2μm de haut à 20μm de haut sur des surfaces uniformément conformes avec une meilleure qualité des bords, moins de taches satellites et un overspray minimal.
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