impression par impulsion, impression submicronique, encre de cuivre soudable
Ce bulletin d'information fournira des mises à jour régulières sur l'électronique additive, couvrant un large éventail de matériaux, de processus et d'applications. Le terme "électronique additive" englobe un ensemble extrêmement diversifié de technologies et d'applications. Nous les couvrirons toutes. Pour en savoir plus, visitez TechBlick en ligne ou sur place. (www.TechBlick.com).
Des électrodes enveloppantes pour les microLEDs
Pour adapter les écrans microLED aux grandes surfaces, les écrans plus petits peuvent être mis en mosaïque. Puisque les microLEDs peuvent être des dispositifs véritablement sans bord, la mise en mosaïque peut fonctionner, ce qui donne un aspect homogène.
Chaque titre doit contenir les microLEDs, le fond de panier et les électrodes de contrôle. Les microLED et le fond de panier sont situés sur la face avant du substrat de verre, tandis que les électrodes de commande sont placées à l'arrière. Des interconnexions sont nécessaires pour relier les deux. Les électrodes enveloppantes (interconnexions qui s'enroulent autour du bord pour connecter l'avant et l'arrière) sont une solution élégante qui évite de devoir percer et remplir un trou d'interconnexion à travers le verre.
Les électrodes enveloppantes peuvent être imprimées ou déposées par PVD (dans les deux cas, il faut privilégier le verre chanfreiné). Cette dernière solution permet d'obtenir une meilleure taille de trait et des lignes conductrices fines, tandis que la première augmente la productivité.
Les images ci-dessous montrent différentes technologies. La sérigraphie est une solution robuste avec un faible temps de TACT. Applied Materials a démontré qu'elle pouvait sérigraphier des lignes très fines (30 um) sur des interstices étroits (50 um). Ces résultats sont excellents. Notez, pour référence, que l'état de l'art/pratique et l'état de l'art de la sérigraphie de pâte conductrice sur des PV solaires en silicium sont respectivement de 35 um et 20 um. Dans ce procédé, les électrodes supérieures et inférieures sont d'abord imprimées avant que le substrat ne soit tourné (avec un excellent alignement) pour imprimer les électrodes sur la tranche.
Ces technologies nécessitent d'excellentes machines. Applied Materials a lancé une machine capable de traiter un substrat de 230x230mm avec une répétabilité de +/- 6um et un débit de 1000pph. Notez que l'optimisation de la pâte et du processus d'impression sont critiques. En général, une pâte à très haute conductivité (20% d'Ag en vrac) avec une adhérence 5B sur le verre sera nécessaire. L'épaisseur finale imprimée visée est de 3-5um. Le procédé de sérigraphie doit permettre d'obtenir une surface lisse, sans pics près des bords.
La pulvérisation en aérosol est également proposée pour le dépôt additif d'électrodes enveloppantes. L'avantage de l'aérosol est qu'il peut imprimer sur des surfaces 3D et peut généralement déposer des caractéristiques plus fines que la sérigraphie. Pour obtenir des électrodes enveloppantes, il faut imprimer deux demi-électrodes enveloppantes (voir ci-dessous). Entre les étapes, il faudra faire pivoter l'objectif. Optomec affirme être en mesure de produire 18 000 interférences enveloppantes par heure (sans compter le temps nécessaire pour faire tourner le verre). Notez que l'exemple ci-dessous montre un L/S de 50um bien qu'en principe, l'aérosol puisse aller de bas en haut.
De manière générale, il s'agit d'une solution intéressante pour le marché des microLED.
L'impression par impulsion - le maître de tous les procédés d'électronique imprimée ?
L'impression par impulsion - récemment dévoilée et présentée à TechBlick - semble être une technologie passionnante. Les détails de la technologie ne sont pas encore entièrement divulgués, et le développement est encore au stade du laboratoire, mais les résultats divulgués et les niveaux de performance revendiqués sont incroyables.
Comme vous pouvez le voir ci-dessous, la technologie peut imprimer numériquement des pistes avec des résolutions aussi basses que 2um et aussi hautes qu'un millimètre. Elle peut imprimer des matériaux avec une plage de viscosité extrêmement large, de 0,1 à 10 000 Pa.s, ce qui signifie qu'elle peut imprimer des encres de cuivre et d'argent ainsi que des soudures et des adhésifs conducteurs à base d'époxy ( !) ! La technique peut imprimer sur des surfaces 3D, sur des espaces allant de 1 um à 10 mm. Cette technique d'impression numérique peut imprimer des motifs séquentiels ou simultanés à des vitesses élevées.
La diversité de tous les paramètres (résolution, espace d'impression, viscosité de l'encre ou de la pâte, etc.) est unique pour tout procédé d'impression numérique. En fait, comme le montre le tableau ci-dessous, chaque technologie occupe une position donnée en termes de résolution/taille du motif, de viscosité, d'espace d'impression, etc.)
La technologie est encore jeune et en développement. Aujourd'hui, la surface d'impression est petite (1 x 10 mm2), mais il existe une feuille de route pour faire évoluer l'outil afin d'imprimer d'abord 20 x 20 mm2, puis 96 x 96 mm2.
Surveillez cet espace car la technologie sera bientôt transformée en start-up !
Améliorer la précision de l'électronique imprimée en dessous de 1 um
La technologie de l'électronique imprimée évolue. L'impression de lignes ultrafines est un axe de développement qui permet à la technologie d'empiéter de plus en plus sur le domaine de la photolithographie. L'exemple ici, développé par VTT, démontre un processus d'impression sub-micronique.
Il s'agit d'une impression offset inversée. Ici, le rouleau en PDMS est d'abord enduit d'encre. L'encre est semi-sèche sur le rouleau, en partie par absorption dans le PDMS. Cet état semi-séché permet de surmonter les problèmes liés au mouillage lorsque les encres sont à l'état liquide. Le rouleau PDMS encré est mis en contact avec un cliché, ou plaque en relief, ce qui élimine une partie des encres. Les encres semi-séchées sur le rouleau PDMS sont ensuite transférées sur le substrat final.
Dans cet exemple, VTT a réussi à imprimer directement des encres à nanoparticules d'argent de 1µm. L'imprimante RO de bureau a été utilisée pour imprimer une maille métallique sur du PET avec une largeur de ligne de 1µm. La résistivité de la feuille rapportée n'est pas très faible (100Ohm/sqr), probablement parce que les lignes sont très fines.
En général, notez que la ROP peut permettre des résolutions minimales entre 0.5-5µm, des lignes d'épaisseur imprimées autour de 20-1000nm, une précision de recouvrement <2um, et des vitesses d'impression de 50mm/s (3m/min).
Solutions d'interconnexion avancées pour des solutions hybrides flexibles
L'électronique hybride flexible (FHE) réunit le meilleur de l'électronique imprimée et flexible avec l'électronique rigide à base de Si. Un goulot d'étranglement critique et souvent limitant est l'interconnexion entre les circuits imprimés (souvent larges) et les circuits intégrés en Si (souvent à pas étroit). Il n'est pas facile d'utiliser des soudures normales car (1) les substrats tels que le TPU (électronique extensible) et le PET (électrodes flexibles) imposent des limites de température sévères, souvent même inférieures aux soudures à basse température à base de bismuth, et (2) certaines encres, en particulier les encres Ag, se dissolvent dans la soudure. En outre, ces interconnexions doivent non seulement supporter les pas des circuits intégrés, mais aussi résister à la flexion et à l'étirement, et être compatibles avec les processus industriels standard.
Une option consiste à utiliser des époxydes chargés de particules (souvent des particules d'argent) pour former les interconnexions. Dans ce cas, à moins d'être anisotrope, la taille des pas sera limitée. En outre, les charges de particules sont souvent élevées pour obtenir une conductivité élevée, ce qui augmente le coût.
Sunray Scientific Inc. a mis au point une nouvelle solution : elle disperse des particules ferromagnétiques dans un système époxy à deux composants. Sous l'effet d'un champ magnétique externe, les particules s'alignent verticalement, formant des chemins conducteurs sur l'axe z. Ici, le pas peut descendre jusqu'à 100 um. La température de durcissement peut être aussi basse que 80°C, ce qui le rend compatible avec le TPU et le PET. Le matériau peut supporter des étirements extrêmes et répétés.
En outre, le processus est, comme indiqué ci-dessous, compatible avec le processus SMT standard. Le matériau peut être imprimé au pochoir ou distribué. Une fois le composant prélevé et placé, une palette magnétique est utilisée pour aligner les particules avant d'envoyer le film dans une étape de cuisson (batch over, refusion, four vertical).
Ce procédé est intéressant. Il n'a bien sûr pas les propriétés d'auto-alignement de la soudure. La largeur du film est actuellement limitée à 100 um, ce qui est trop large pour de nombreux circuits intégrés.
Encres soudables hautement conductrices à base de nanoparticules de cuivre?
L'un des principaux défis de l'électronique imprimée est l'impossibilité de souder directement sur la pâte d'Ag (le matériau d'encre et de pâte le plus courant) car aucune couche intermétallique ne se forme. Avec le Cu, cela peut être différent.
Ici, Copprint montre des résultats, démontrant que l'on peut souder directement sur ses pâtes de Cu avec de bons résultats aux tests de cisaillement, même si parfois le mouillage n'est pas le meilleur. Elle montre également comment une forte couche intermétallique est formée pendant la soudure, par exemple, avec la soudure standard SAC305 sur un substrat FR4.
Il s'agit d'une avancée importante dans l'art, car elle rend l'électronique imprimée plus compatible avec les processus SMT standard. En outre, l'encre Cu est également compatible avec les soudures à basse température, ce qui permet de souder des composants directement sur un substrat PET avec des lignes Cu imprimées.
En général, les encres au cuivre ont connu des problèmes dans le passé. La conductivité n'était pas suffisamment élevée, ce qui signifiait qu'il fallait davantage de matériau, ce qui réduisait l'avantage en dollars par kilogramme par rapport à l'argent. Elles ont également nécessité de nouvelles étapes de frittage, avec une nouvelle courbe d'apprentissage et de nouveaux équipements. Les données de Copprint suggèrent que leur encre peut être frittée très rapidement et atteindre des niveaux de conductivité supérieurs à ceux des fournisseurs d'Ag classiques. [This is automatically translated from English]
