Impression numérique sans encre | Collage de filières sans soudure ni adhésif | Feuille de route pour le 3DPE | HTL pour OPV haute performance | OTFTs compatibles avec la production de LCDHaute performance
Avant d'entrer dans les détails des mises à jour technologiques de cette semaine, je voudrais dire que nous sommes très enthousiastes à propos de notre événement sur site à Eindhoven, aux Pays-Bas, les 12-13 OCT 2022. L'exposition affiche complet depuis longtemps, avec une longue file d'attente, l'ordre du jour de classe mondiale est annoncé, et il y a une très forte demande pour les billets des participants. Vous pouvez consulter les informations complètes ici. Il s'agit de l'événement à venir le plus important du secteur.
Ensuite, nous vous fournirons des mises à jour et un aperçu de quelques développements intéressants dans le monde de l'électronique additive. Nous couvrirons (1) l'impression numérique sans encre sèche, (2) la HTL avec fonction de travail en profondeur, (3) la feuille de route pour le 3DPE, (4) le collage direct des puces sur le papier avec de la soudure ou des adhésifs, (5) le fil liquide basé sur des gels conducteurs Ga-In-Sn, (6) les fonds de panier OTFT compatibles avec la production d'écrans LCD et (7) les étapes clés de l'impression de largeurs de ligne inférieures à 30 um.
Un procédé d'impression numérique sans encre sèche pour déposer des matériaux multifonctionnels ?
Nous sommes récemment tombés sur ce système intéressant, développé par Masoud Mahjouri-Samani, PhD et al Auburn University. Ici, comme indiqué ci-dessous, un laser excimer est focalisé par une lentille sur une cible. La cible est ablatée, formant un panache de nanoparticules qui se condensent ensuite sur le substrat pour former des nanoparticules. Le système laser peut être utilisé pour fritter et cristalliser la structure in situ.
Ce procédé d'impression à sec n'implique donc aucune encre et peut "imprimer" des matériaux multifonctionnels complexes comme le TiO2 ou l'ITO, dépassant ainsi les capacités de l'impression numérique traditionnelle à l'encre. Ces chercheurs affirment que cette "nouvelle méthode permet la formation in situ et à la demande de divers blocs de construction nanoparticulaires à la pression atmosphérique et à la température ambiante. Ces blocs de construction nanoparticulaires peuvent être dirigés vers le substrat par une buse formant un flux de nanoparticules qui peuvent être frittées/cristallisées par laser sur divers substrats en temps réel."
En effet, vous pouvez voir ci-dessous un exemple de nanoparticules de TiO2 générées et frittées. En outre, vous pouvez voir des exemples de circuits d'ITO et de TiO2 imprimés sur un substrat de SiO2 grâce à ce procédé.
Il s'agit d'une approche nouvelle, prometteuse et innovante du dépôt numérique direct d'un large éventail de matériaux sur divers substrats. Elle pourrait permettre de surmonter certaines limitations essentielles des techniques d'impression humide à base d'encre, notamment en termes d'options de matériaux possibles. Bien entendu, il s'agit actuellement d'une opération de laboratoire à petite échelle et il va de soi qu'au fur et à mesure que le développement de la technologie progresse, d'autres compromis seront connus.
La technologie entre maintenant dans la phase de commercialisation. En effet, la société NanoPrintek (NanoPrintek, Inc.) a été récemment créée pour faire avancer cette approche passionnante.
Les nouveaux matériaux HTL permettent de combler le fossé entre les dernières performances de l'OPV imprimé en laboratoire et en production.
Vous pouvez voir ci-dessous l'historique de l'augmentation du rendement des photovoltaïques organiques (OPV), qui est passé de 2,5 % en 2000 à >18 % aujourd'hui, en montrant comment l'évolution des matériaux a entraîné cette augmentation.
(Évolution des matériaux : P3HT : PCBM --> émergence des polymères push-pull (PPP) --> essor des accepteurs de non-fullerènes (NFA) ---> nouveaux PPP et NFA).
Le graphique ci-dessous, réalisé par Nicolas Bouchard Brilliant Matters, révèle également l'écart important entre les meilleurs résultats de laboratoire et les meilleurs résultats au niveau de la production, les résultats les plus élevés à l'échelle industrielle étant <8% ! !!
L'un des principaux facteurs qui freinent l'efficacité des OPV au niveau de la production est l'indisponibilité d'une couche de transport des trous (HTL) compatible avec les derniers matériaux donneurs et accepteurs des OPV. En effet, les nouveaux matériaux donneurs et accepteurs les plus récents ont des bandes interdites plus larges, créant ainsi une barrière énergétique importante avec les matériaux HTL traditionnels courants : PEDOT. Cela agit contre l'injection de charges et réduit l'efficacité.
Ainsi, pour tirer le meilleur parti des derniers PPP et NFA dans les processus industriels, il faut un matériau HTL dans un solvant non halogéné avec une fonction de travail profonde qui peut être imprimé dans des conditions ambiantes et qui produit des couches épaisses uniformes (>100 nm).
Brilliant Matters a développé un tel matériau. Nous montrons ici comment ce nouveau HTL profond imprimable obtient des résultats équivalents à ceux du MoO3 (matériau le mieux évaporé) lorsqu'il est utilisé avec le PTQ10 et le NFA.
Il s'agit d'une étape importante dans le développement et l'industrialisation du photovoltaïque organique.
Vous pouvez voir une courte présentation de 5 minutes par Nicolas Bouchard qui explique cela en détail ici.
Collage direct de flip chip sur papier sans adhésif ni soudure ?
Ali Roshanghias et al Silicon Austria Labs (SAL) démontrent une approche intéressante dans une publication récente, exploitant les propriétés uniques des revêtements en polypropylène(PP) sur le papier.
Ici, le fond des matrices est recouvert d'une ligne de pulvérisation de couches de Cr(10nm)/Au (300nm). Le papier est recouvert d'une fine couche de PP de 18 um par laminage par extrusion. Les pistes d'Ag ont été imprimées par flexographie R2R et séchées. Les matrices sont simplement des flip chip thermocompressées dans le substrat.
Les résultats - présentés ci-dessous - confirment que la liaison est formée sans couche d'adhésif ou de soudure. Ici, la couche de PP est ramollie à 150C et reflue localement à une température de 162-165C pendant le collage de la matrice, permettant aux bosses de pénétrer et d'établir des contacts avec les lignes d'Ag imprimées. Lors de la solidification, la couche de PP encercle les contacts, agissant essentiellement comme un adhésif pré-appliqué et appliquant une force de compression pour stabiliser les contacts électriques.
Il s'agit d'une avancée intéressante dans le domaine et d'un procédé alternatif à la soudure et aux ACF. Cependant, aujourd'hui, la contrainte est d'appliquer une couche de PP à l'avance. Si la couche de PP est de toute façon essentielle pour aplanir le substrat et/ou favoriser l'imprimabilité, alors cette étape peut simplifier le processus, en supprimant une étape supplémentaire de distribution/impression et en éliminant le besoin de matériaux supplémentaires.
La future feuille de route de l'électronique imprimée en 3D à moyen (3-5 ans) et long (5-10 ans) termes ?
Dans cette courte présentation de 5 minutes, le Dr. Martin Hedges partage son point de vue sur l'état actuel ainsi que sur la feuille de route du développement à moyen (3-5 ans) et long (5-10 ans) de l'industrie.
Martin est le PDG de Neotech AMT GmbH, un leader dans le développement de machines électroniques imprimées en 3D, tant pour le prototypage que pour la production en série.
Situation actuelle : vous pouvez voir des exemples (1) d'impression sur des surfaces déjà en 3D et (2) d'électronique imprimée en 3D entièrement additive. Dans ce dernier cas, vous pouvez voir un exemple d'imprimante 3D à filament (FFM) qui construit la partie mécanique. Le processus est interrompu pour effectuer automatiquement le SMT PnP et le jet de métal Ag pour construire les pistes conductrices. Ici, plusieurs couches d'électronique interconnectée sont créées dans la structure 3D, intégrant des éléments tels que des LED, des optiques, des guides d'ondes, etc.
Feuille de route à court terme (3 à 5 ans) : l'industrie devrait achever la première ligne de traitement entièrement automatisée basée sur l'impression numérique 3D de l'électronique. Un certain degré d'IA/ML sera également intégré pour l'inspection de la qualité et peut-être même la correction automatique. En outre, un large éventail de fonctionnalités, en particulier les électrodes de puissance, seront intégrées, peut-être en utilisant des structures céramiques, et la surface/volume imprimée sera également étendue pour former de grands objets en 3D.
Feuille de route à long terme (5-10 ans) : des architectures de produits totalement nouvelles seront possibles et l'industrie pourra commencer à s'éloigner des techniques traditionnelles de production de PCB basées sur la gravure. En outre, le recyclage, la réparation et la réutilisation automatisés seront possibles.
Comment sérigraphier des caractéristiques inférieures à 30um ?
La sérigraphie ne cesse de progresser et entre dans le domaine de l'impression de lignes ultrafines. Ce diaporama et cette courte vidéo examinent ce qui est nécessaire pour atteindre des caractéristiques inférieures à 30 um en production :
Travail d'équipe : la sérigraphie est un travail d'équipe, qui nécessite une collaboration étroite entre le fabricant de pâte, le fabricant de maille et d'émulsion, l'imprimeur, etc.
Maille en acier inoxydable noire : les mailles en acier inoxydable classiques sont réfléchissantes (10 à 15 %). Pour obtenir des ouvertures étroites et nettes dans l'émulsion photosensible haute résolution, il faut réduire au minimum les réflexions aléatoires de la maille en acier inoxydable, en particulier aux longueurs d'onde de 365 nm et 405 nm. C'est pourquoi une version noire est nécessaire
Mailles étroites : Asada Mesh est le maître de la fabrication des mailles en acier inoxydable les plus avancées. Pour atteindre un niveau inférieur à 30um, une maille d'un diamètre de 11-13um avec une ouverture de 55%-60% sera nécessaire. Asada Mesh repousse déjà les limites de la performance en proposant même des mailles de 9 um. Il s'agit d'une avancée incroyable, si l'on considère qu'il faut environ 3 ans de développement intense pour réduire d'un pouce le diamètre d'une maille.
Sélection du substrat : selon la pâte, la sélection du substrat est essentielle pour équilibrer la tension/énergie de surface. Les exemples ci-dessous, présentés par FERNANDO ZICARELLI, montrent l'impact considérable des propriétés du substrat sur des lignes imprimées de 50 um.
Vous pouvez regarder la vidéo complète en cliquant sur Fernando ici.
Des fonds de panier TFT haute performance imprimés à 80°C et modelés à l'aide d'équipements LCD existants ?
Il est incroyable de voir les progrès réalisés par les semi-conducteurs organiques (OSC) au cours des 15 à 20 dernières années. SmartKem, Inc. est en train d'éliminer les obstacles à l'adoption de la technologie OTFT qui existaient depuis longtemps. Il s'agit d'étapes de développement cruciales, durement gagnées, pour assurer le succès commercial, car les seuls progrès techniques en termes de mobilité ou de stabilité ne suffiront jamais.
Outils EDA : Ils ont conçu des outils EDA permettant la conception et la simulation de circuits utilisant leurs circuits OTFT. Il s'agit d'une condition préalable essentielle à l'adoption, qui n'existait pas auparavant.
Portefeuille complet de matériaux TFT : Le TFT n'est pas seulement la couche semi-conductrice. Tous les matériaux d'une pile TFT doivent fonctionner ensemble de manière optimisée. Quelque 50 millions d'euros et dix ans ont été consacrés au développement d'un portefeuille complet de matériaux nécessaires à la fabrication d'un TFT, ainsi que des paramètres de traitement, notamment les couches de passivation, la couche résistante à la pulvérisation, l'isolant de grille de la couche de base, etc. Ceci est extrêmement important car tous les matériaux doivent fonctionner ensemble et assurer la compatibilité avec les processus de production existants.
Compatibilité avec les processus existants : On ne peut pas attendre des fabricants d'écrans qu'ils réinventent la roue et qu'ils adoptent non seulement un nouveau matériau, mais aussi un nouveau processus. La compatibilité avec les processus existants est donc une nécessité absolue. Smartkem a fait en sorte qu'il soit possible de fabriquer des fonds de panier OTFT en utilisant ses matériaux sur des équipements LCD existants.
Des partenariats commerciaux dans diverses technologies d'affichage : Smartkem a annoncé des partenariats sur les écrans AMOLED, QD-LCD et mini-LED avec RiT Display, Nanosys et un acteur taïwanais non identifié, respectivement. De cette façon, ils couvrent plusieurs domaines technologiques, et ne courent pas après un seul marché cible. Dans le passé, cette erreur s'est avérée coûteuse, car la plupart des développeurs d'OTFT n'ont misé que sur le fruit mûr des journaux électroniques !
C'est un plaisir pour nous de voir les progrès de la technologie OTFT. Les barrières à l'adoption sont en train d'être éliminées. Au final, cette technologie propose d'offrir le coût de traitement le plus bas pour des affichages suffisamment bons, une condition préalable à l'adoption omniprésente du métavers émergent !
Regardez la présentation complète de 5 minutes de Ian Jenks en cliquant ici.
Une plateforme complète de cinématique musculo-squelettique utilisant des métaux liquides ultra-étirables ?
Le gallium-indium-étain est un matériau intéressant pour l'électronique extensible. Il peut être transformé en un gel non toxique conforme à la directive RoHS et appliqué à presque tous les substrats pour former des métallisations et des circuits conducteurs étirables.
Il conserve sa liquidité limitée, ce qui signifie qu'il peut suivre la forme du substrat lorsque celui-ci s'étire, à condition que les limites de son hystérésis ne soient pas approchées.
Dans cette présentation, Jorge Carbo - innovateur chez Liquid Wire Inc. - partage des données montrant qu'ils ont approché 1 million de cycles d'étirement à 100 % sans aucun changement de résistance - c'est une référence à battre ! En fait, la plupart des encres extensibles auront du mal à atteindre cette performance (même si elles offrent probablement une meilleure conductivité).
De plus, ils sont en train de développer une plateforme complète basée sur leur matériau. Comme on peut le voir, cette plateforme intègre leurs interconnexions extensibles avec des microprocesseurs, des capteurs à jauges de contrainte et d'autres circuits intégrés rigides, montrant qu'ils peuvent former des systèmes de capteurs déformables entièrement fonctionnels à base de silicone avec de l'électronique intégrée.
Les diapositives et la vidéo ci-dessous présentent également de nombreux exemples de cette technologie, montrant comment cette "seconde peau" constitue la base d'une plate-forme technologique qui peut être utilisée pour mesurer les performances sportives, dans les jeux VR/AR, les essais cliniques, etc.
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