Nous publierons une série de quatre articles au cours des trois prochaines semaines, mettant en évidence la profondeur et l'ampleur de l'innovation ainsi que les applications existantes et émergentes dans le domaine. Cet article comprend plus de 65 images et graphiques individuels présentant diverses innovations, techniques et produits. Vous pouvez consulter la table des matières de cet article ci-dessous.
Table des matières :
Écrans MicroLED : le rôle de l'électronique imprimée
Impression numérique sur des surfaces 3D avec des caractéristiques de taille µ
Éclairage LED de grande surface et électronique imprimée
Soudure à basse température pour l'électronique hybride flexible
Électronique imprimée en 3D : L'intelligence au service des surfaces 3D
Surfaces intelligentes en 3D
Patchs cutanés et électronique médicale
Électrodes médicales : Sérigraphie en volume R2R
Encres conductrices étirables pour les e-textiles
Toutes les innovations mises en évidence dans ces articles proviennent d'entreprises qui présentent ou exposent lors de notre prochain événement des 11 et 12 mai 2021 sur l'électronique imprimée, hybride, structurelle et 3D. Pour une tendance donnée, nous ne mettons souvent en avant qu'une ou deux entreprises, mais nos événements passés (désormais disponibles à la demande) et futurs (LIVE, en ligne) présentent tous les acteurs clés du monde entier.
Chaque année, TechBlick propose plus de 350 conférences triées sur le volet et consacrées aux technologies émergentes, notamment (1) l'électronique imprimée, hybride et structurelle et (2) les matériaux avancés.
Avec un seul laissez-passer annuel, vous pouvez participer à tous nos événements LIVE en ligne, vous mêler et tisser des liens avec la communauté en ligne, et participer à nos masterclasses. Découvrez ici comment fonctionne notre système de mise en réseau et de rencontre virtuelle.
Nous avons réuni la meilleure liste d'orateurs à ce jour pour notre prochaine conférence LIVE des 11 et 12 mai 2021, qui couvrira l'électronique imprimée, hybride, structurelle et 3D. Notre programme comprend 65 intervenants et panélistes, dont Coca Cola, P&G, Boeing, Airbus, HP, Signify, Texas Instruments, Panasonic, Parsons, ARM, Identiv, Wuerth, Phillips 66, US Army, Agfa et bien d'autres encore...
Ce programme se déroule en même temps que notre conférence LIVE (en ligne) sur le thème "Quantum Dots : Material Innovations & Commercial Applications". Parmi les intervenants figurent Shoie Electronic Materials, Emberion, IMEC, SWIR Systems, Avantama, UbiQD, etc.
Vous pouvez consulter le programme complet ici. Vous pouvez acheter votre laissez-passer annuel pour seulement 450 euros par an en utilisant le code de réduction 10%DiscountAA jusqu'au 1er mai 2021.
Les intervenants comprennent :
Vous pouvez rencontrer tous nos exposants lors de notre salon LIVE (voir exposants ci-dessous). Ils seront dans leurs stands virtuels interactifs et n'attendront que vous. Vous pourrez également écouter les présentations de tous nos orateurs et les suivre, comme vous le feriez dans un monde physique, dans un salon de réseautage hautement interactif.
Écrans MicroLED :
Le rôle de l'électronique imprimée
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Les micro-LEDs sont une tendance très en vogue dans le secteur des écrans. Ces écrans sont fantastiques, mais ils sont difficiles à fabriquer. Les Mirco-LEDs se présentent sous différentes formes (voir ci-dessous) et peuvent être utilisées dans différents types d'écrans, allant des écrans de petite taille et des micro-écrans jusqu'aux écrans de très grande taille.
Le processus de transfert, comme nous le verrons, est un défi technique majeur et mérite donc toute l'attention. Un point qui est souvent négligé cependant est de savoir comment métalliser les substrats réels pour connecter les micro LED transférées ?
Le procédé PVD est souvent utilisé. Cette approche a fait ses preuves, mais elle est soustractive. En outre, il faut percer un via à travers le substrat de verre mère et le remplir pour créer une connexion avant-arrière. Les entreprises proposent désormais l'utilisation de la sérigraphie. Un excellent exemple fourni par Applied Materials est présenté ci-dessous. Ici, les lignes de connexion peuvent être sérigraphiées à l'aide de pâtes d'argent.
Plus important encore, le substrat peut être tourné de manière robotique afin que les lignes conductrices avant-arrière puissent également être imprimées sur le bord du substrat, éliminant ainsi le besoin de percer et de remplir les vias. Applied Materials obtient actuellement un rapport L/S (rapport largeur de ligne/espacement) de 60/40 µm.
Le processus de transfert dans l'affichage microLED est un défi majeur. Cela est dû en partie au fait que les microLEDs sont très petites. L'image ci-dessous met ce point en évidence, en comparant la taille des microLEDs à toutes sortes d'objets.
Pour apprécier l'ampleur du défi du transfert, considérez le tableau ci-dessous à droite. Pour un écran microLED RVB avec trois LED de couleurs différentes, le graphique principal montre le nombre de matrices défectueuses pour une résolution d'affichage donnée (nombre d'éléments transférés) et le rendement du transfert (exemple : un écran 4K a 8 294 400 pixels et chaque pixel a 3 microLEDs, le nombre total de LEDs est donc de 24,8 millions).
Comme le montre l'encadré, nous avons besoin de rendements supérieurs à 99,99%, sinon l'affichage est compromis. Il est bien sûr extrêmement difficile d'y parvenir, notamment en ce qui concerne le rendement global de l'ensemble du processus, y compris la métallisation, le transfert, le collage et ainsi de suite.
Impression numérique sur des surfaces 3D avec des caractéristiques de taille µ
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Pour atteindre des objectifs aussi stricts, il faut probablement un mécanisme de réparation post-transfert de précision. L'impression numérique d'ultra-précision sur des surfaces 3D (ou non lisses) peut offrir un outil de réparation prometteur.
Un exemple est présenté ci-dessous, par XTPL (Pologne). Cette société peut imprimer numériquement des éléments de quelques micromètres en utilisant sa propre encre visqueuse à base de nanoparticules d'argent. Comme on peut le voir sur l'image, dans un exemple, ils ont imprimé une ligne de 3,2 µm avec un espacement de seulement 0,7 µm. Dans l'image en bas à droite, l'imprimante est appliquée pour permettre la réparation de défauts ouverts dans les écrans haute résolution. Cette technologie présente un positionnement intéressant en termes de performances par rapport à d'autres procédés d'impression additive tels que le jet d'encre, l'aérosol, l'électrohydrodynamique, etc. En général, elle dépasse les limites de résolution actuelles du jet d'encre et de l'aérosol, et correspond à celle de l'électrohydrodynamique mais avec une encre plus visqueuse. Cet outil peut être utilisé dans de nombreuses applications, notamment l'impression de sécurité, le prototypage de couches de redistribution, les emballages électroniques, et bien d'autres applications.
Le thème de l'impression à ultra-haute résolution est fortement couvert par notre prochaine conférence des 11 et 12 mai 2021. Parmi les présentateurs passés et confirmés sur ce sujet, citons Kodak, Optomec, Enjet, XTPL, Applied Materials, NanoOps, IDS, etc. Avec un laissez-passer annuel, vous pouvez bien sûr accéder au contenu de toutes nos conférences précédentes.
Éclairage LED à grande surface et électronique imprimée
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L'électronique imprimée peut jouer un rôle dans l'éclairage LED de grande surface de plusieurs façons. Considérons tout d'abord l'exemple de gauche ci-dessous (par Kundisch GmbH). Ici, les circuits imprimés ou la métallisation sont utilisés pour alimenter les LED. Le principal avantage des LED imprimées est qu'elles permettent de créer des motifs personnalisés, offrant ainsi une grande liberté de conception. Notez que l'impression peut également se faire sur des substrats souples en PET. La soudure est probablement effectuée manuellement, à moins que l'une des technologies émergentes décrites ci-dessous ne soit déployée.
En outre, il est possible d'imprimer de rouleau à rouleau (R2R) la métallisation et les matériaux de fixation des composants, ainsi que d'assembler les DEL sur un substrat souple et conformable de type PET. Il peut s'agir d'un excellent procédé de production pour créer des feuilles de LED flexibles et conformables.
Ce processus existe depuis plusieurs années, mais il est en train de prendre de l'ampleur. Un bon exemple est la feuille d'éclairage LED métallisée et assemblée R2R par Holst Centre, présentée ci-dessous. Ici, toutes les couches fonctionnelles sont imprimées en R2R et les LED sont transférées en R2R.
Le brasage à basse température pour l'électronique hybride flexible
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L'électronique hybride flexible (FHE) nécessite un brasage à basse température. Il existe deux motivations principales et importantes : (1) être capable de souder des CMS ou des matrices sur des substrats en PET, ce qui permet de passer du PI coûteux des FPBCS au PET à faible coût, et (2) permettre le soudage automatisé sur des substrats en PET (actuellement, le soudage sur PET est souvent effectué manuellement pour contrôler précisément le profil de température).
De multiples approches ont vu le jour, ou sont en train de voir le jour, pour permettre cette transition. NovaCentrix propose le photo-frittage. Dans ce cas, les joints sont exposés à une courte impulsion milliseconde de lumière à large spectre pour provoquer la refusion de la soudure. Vous pouvez voir ci-dessous divers exemples d'applications ou des gros plans de soudures photo-frittées.
Dans cette configuration, les films minces imprimés à la surface du substrat subissent des températures élevées, mais pas le substrat lui-même, ce qui permet de souder sur du PET et des substrats similaires. Si le profil de frittage est optimisé, ce processus peut se dérouler en quelques millisecondes, ce qui le rend potentiellement compatible avec les processus R2R à haut débit, éliminant ainsi l'un des principaux goulots d'étranglement de la production de FHE imprimés R2R.
Plusieurs sociétés proposent et/ou développent également des soudures à basse température. Safi-Tech a mis au point des microcapsules de soudure SAC305 qui peuvent être appliquées sur du PET à seulement 120C. Un exemple est présenté ci-dessous et le schéma en bas à droite décrit le concept de microcapsule. La grande caractéristique de la soudure - par rapport aux adhésifs conducteurs - est l'auto-alignement automatique qui réduit la charge de la précision de la prise et du placement. Safi-Tech est une spin-off de l'Université d'État de l'Iowa, qui a été le berceau du SAC305.
Alpha Assembly est un autre excellent exemple. Elle a mis au point une soudure à moins de 150 °C compatible avec le PET thermostabilisé. La composition chimique n'est pas divulguée, mais elle est probablement à base de SnIn. Les images ci-dessous montrent un exemple d'assemblage de circuits sur un substrat PET blanc flexible. La température de refusion reste inférieure à 145C dans ce cas. Ce projet est le fruit d'une collaboration entre Alpha Assembly, Sheldahl et DuPont Teijin Films, et met clairement en évidence les possibilités offertes par cette technologie.
Bien entendu, les adhésifs conducteurs restent un choix important. La charge est souvent le principal facteur de coût. Nous présentons ici une innovation de CondAlign qui permet de réduire la teneur en charge sans compromettre les performances telles que la conductivité sur l'axe z. Ici, CondAlign déploie des champs électriques pour aligner verticalement les particules et créer des films conducteurs anisotropes. Le processus est illustré ci-dessous par deux clichés pris au cours d'un processus réel d'alignement de charges. CondAlign a maintenant rendu le processus de production R2R (voir leur machine ci-dessous), tout en conservant des pas inférieurs à 10 µm dans une large gamme d'épaisseur de film (de quelques µm à quelques centaines de µm).
Le thème de l'électronique hybride flexible est fortement couvert par notre prochaine conférence des 11 et 12 mai 2021. Parmi les présentateurs passés et confirmés sur le sujet, citons ARM, Identiv, Parsons, Smooth&Sharp, GE Research, Jabil, American Semiconductor, Texas Instruments, Panasonic, DuPoint Teijin Films, NovaCentrix, Alpha Assembly, CondAlign, Safi-Tech, CPI, Sheldahl, CEA, etc.
Électronique imprimée en 3D : l'intelligence au service des surfaces en 3D
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L'électronique imprimée en 3D est un domaine très actif. On peut le diviser en deux sous-domaines : (1) l'électronique ajoutée à la surface ou à proximité de la surface d'un objet 3D, et (2) la véritable électronique imprimée en 3D combinant l'impression 3D classique et l'électronique imprimée.
La ligne supérieure ci-dessous montre des exemples de la première approche. On peut y voir des antennes, des appareils de chauffage, des éclairages et des IHM en forme 3D, et même un dispositif médical. La deuxième rangée montre des exemples de la deuxième approche. Ici, les lignes conductrices ainsi que les CMS sont intégrés dans la structure 3D d'une forme 3D complexe qui est construite couche par couche en utilisant l'impression 3D classique.
Cette approche permet d'apporter une réelle intelligence à l'impression 3D. Ainsi, au lieu de se contenter de créer des objets mécaniques simples, on peut aussi intégrer l'électronique à l'intérieur de l'objet imprimé en 3D. Si l'on met en place un processus transparent de la conception à la production, cela pourrait ouvrir de nombreuses possibilités fantastiques.
Il s'agit d'un thème majeur de notre prochaine conférence sur l'électronique imprimée, hybride, structurelle et en 3D, qui se tiendra les 11 et 12 mai 2021. Parmi les orateurs passés (maintenant disponibles à la demande) et à venir sur ce sujet figurent HP, Signify, Wuerth, Neotech, NanoDimension, LPKF, et d'autres.
Surfaces intelligentes en 3D
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Les surfaces intelligentes en 3D sont un thème passionnant. Les applications vont de la métallisation de surfaces 3D au niveau des antennes ou des boîtiers électroniques à des pièces automobiles intérieures ou extérieures de grande taille. Dans l'image ci-dessous, nous présentons divers exemples de surfaces intelligentes en 3D de grande taille destinées à l'intérieur des véhicules. Les technologies sous-jacentes mises en évidence ci-dessous sont diverses, notamment les capteurs extensibles, les textiles électroniques, le moulage par transfert et l'électronique dans le moule.
La technique de l'électronique dans le moule (IME) et d'autres technologies similaires présentent un intérêt particulier. Ces technologies comportent généralement une couche fonctionnelle composée de plusieurs couches imprimées. Le film fonctionnel est ensuite en quelque sorte formé en 3D et, dans certains cas, surmoulé.
Vous pouvez voir ici deux exemples d'électronique InMold (ou électronique structurelle) que je souhaite mettre en avant. Celui de gauche est un prototype de Greely. Ici, le dispositif de réglage du siège passe d'une conception classique à une conception IME, ce qui permet de réduire le nombre de pièces de 45 à 1, les outils de 20 à 2, le poids de 185 g à 25 g et l'épaisseur de 38 mm à 3 mm. Ce dernier point est un chiffre important car il ouvre l'espace à d'autres fonctionnalités.
L'image de droite est un exemple de Suunto. Ici, le connecteur intelligent est fabriqué à l'aide d'IME. Les étapes du processus sont présentées ci-dessous. La conception a satisfait aux exigences de vérification de la conception, notamment une température de fonctionnement de -20 à 60 °C, 50 cycles machine à 40 °C, 5000 torsions à 30 degrés et flexions à 90 degrés, une presse à chaud, etc.
La couche intelligente était ici simple et ne comprenait qu'une simple mémoire et une résistance, ainsi que diverses lignes conductrices. Cependant, la complexité de la technologie IME va augmenter avec le temps. L'intégration de composants d'éclairage sera particulièrement intéressante.
Il s'agit d'un thème majeur de notre prochaine conférence sur l'électronique imprimée, hybride, structurelle et 3D, qui se tiendra les 11 et 12 mai 2021. Les intervenants passés (maintenant disponibles à la demande) et à venir sur ce sujet incluent Geely, FIAT, Suunto, LightWorks GmbH, Arburg, DuPont, PolyIC, TactoTek, Kimoto, etc.
Patchs cutanés et électronique médicale
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Les électrodes médicales constituent un domaine d'actualité dans le domaine de l'électronique flexible imprimée, et les applications sont nombreuses.
Les patchs électroniques cutanés pour la surveillance continue des soins de santé sont devenus extrêmement populaires, car nous passons d'un prélèvement sanguin standard à la surveillance continue du glucose et à tous les types de surveillance continue des signes vitaux, par exemple la surveillance du rythme cardiaque, etc. La surveillance continue des signes vitaux représente déjà un marché de plusieurs milliards de dollars.
L'impression peut vraiment jouer un rôle dans ce domaine. L'exemple que je souhaite mettre en avant est celui du centre Holst, qui a mis au point une solution complète. Il s'agit d'un patch jetable de qualité clinique doté d'une électronique réutilisable, d'une électrode sèche, etc. L'électrode sèche comprend une métallisation imprimée permettant de mesurer l'électrocardiogramme, la respiration et la température.
Un autre exemple mis en évidence (image de droite ci-dessous) provient de Screentec Oy. On peut y voir une électrode médicale avec des CMS intégrés sur la partie supérieure. Et l'image en bas à droite est un exemple de capteur sérigraphié qui peut détecter les activités des muscles squelettiques.
Vous pouvez également voir un exemple de Jabil, l'un des plus grands fabricants sous contrat au monde. Ici, l'électronique de mesure réelle peut être imprimée en utilisant des électrodes Ag/AgCl sur la face arrière du PCB. L'impression offre une plus grande liberté quant à l'emplacement des électrodes.
Électrodes médicales : Sérigraphie en volume R2R
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L'impression d'électronique médicale est en fait déjà une activité importante. L'exemple ci-dessous provient de Mekprint (Danemark). L'exemple que vous voyez à droite ci-dessous est une électrode ECG sérigraphiée R2R. Et cette application représente un volume de vente de plus de cent millions d'unités par an.
Un autre exemple mis en évidence sur la gauche ci-dessous est un capteur d'incontinence. Il est également sérigraphié en R2R. Il est intéressant de noter qu'ici, les lignes de câbles conducteurs sont en fait imprimées en R2R sur un matériau non tissé extensible. Il s'agit là aussi d'une application commerciale. Ici aussi, le capteur imprimé fait partie d'une solution complète, comprenant l'électronique rigide, les communications, etc.
En général, l'électronique imprimée joue un rôle majeur dans les patchs électroniques pour la peau, les électrodes médicales et autres domaines similaires. C'est déjà une histoire à succès.
Encres conductrices extensibles pour les E-Textiles
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Le chevauchement entre les textiles électroniques et l'électronique imprimée concerne souvent l'impression des interconnexions ou l'impression des capteurs extensibles.
Au début, il y a quatre ou cinq ans, des entreprises ont commencé à commercialiser la première génération d'encres conductrices étirables. Depuis, de nombreux progrès ont été réalisés pour améliorer les performances de ces encres.
Aujourd'hui, les entreprises ne se contentent pas de proposer des encres conductrices étirables, mais elles offrent toute la gamme d'encres étirables nécessaires à la création de textiles électroniques. Cela inclut les encres d'argent étirables, les encres de carbone, l'encre diélectrique, l'adhésif conducteur, etc.
L'exemple mis en avant dans ce bulletin d'information provient de Nagase. Ici, l'encre d'argent peut être étirée à 100 %. Le chat au milieu montre les propriétés de l'adhésif conducteur étirable, qui peut être étiré jusqu'à 30 % avec une hystérésis très faible. L'adhésif peut être durci à 180°C.
Le graphique en bas à droite montre qu'une pile complète est nécessaire pour améliorer la lavabilité. Ici, la résistivité d'une ligne faite d'Ag imprimé seul est plus faible, mais la version empilée (argent + carbone + diélectrique) offre une meilleure lavabilité. Ici, la version empilée présente peu de changements de performance après 100 cycles de lavage - une étape importante pour les e-textiles.
Nous organisons une conférence complète sur les patchs cutanés, les e-textiles et l'électronique extensible début septembre dans le cadre de la série TechBlick. Nous vous présenterons tous les principaux utilisateurs finaux, fabricants et innovateurs en matière de matériaux. Si vous vous inscrivez pour un laissez-passer annuel, vous aurez également accès à ces événements à venir.
Programme de la conférence
[This is automatically translated from English]
