Dans la deuxième partie de cette série d'articles, TechBlick met en lumière les innovations prometteuses et les tendances du marché de l'électronique imprimée, hybride et in-mold. Les sujets abordés dans cet article comprennent (1) l'électronique hybride flexible, (2) l'impression additive et R2R de précision, (3) les photovoltaïques imprimés et R2R, et (4) les capteurs hybrides CMOS SWIR.
Toutes les tendances mises en évidence dans cet article seront discutées par les principaux acteurs du secteur lors des prochaines conférences et expositions interactives LIVE but online de TechBlick qui auront lieu les 10-11 mars 2021 et les 11-12 mai 2021.
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Les événements à venir sont les suivants :
10 et 11 mars : Électronique imprimée, flexible, hybride et en moule (I)
14 et 15 avril : Graphène, matériaux 2D et nanotubes de carbone
11 et 12 mai : Électronique imprimée, flexible, hybride et dans le moule (II)
11 et 12 mai : Les points quantiques : innovation en matière de matériaux et innovation dans le domaine de l'électronique (II) Points quantiques : innovation matérielle et applications émergentes
15 et 16 juin : Innovations et tendances dans les écrans et l'éclairage : OLEDs, Flexible, Imprimé, microLED, et au-delà
14 et 15 juillet : Patchs cutanés, wearables, e-textiles et électronique étirable.
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L'électronique hybride flexible (FHE) : la tendance la plus importante de l'électronique imprimée ?
Malgré tous ces progrès, la logique imprimée n'a jamais offert les performances requises en termes de mobilité, de stabilité et de taille, limitant ainsi ce que l'électronique imprimée pouvait offrir. Cependant, des matrices/ICs utlrathin et flexibles sont maintenant formées, permettant une électronique hybride flexible. C'est l'une des tendances les plus intéressantes de l'électronique imprimée et flexible.
Quelques exemples de circuits intégrés ultrafins et flexibles sont présentés ci-dessous. Une feuille de route montrant l'augmentation des capacités est également présentée. Notez que ces dispositifs ne sont pas basés sur l'impression. Malgré cela, ils constituent des technologies habilitantes pour les applications de l'électronique imprimée.
Il existe aujourd'hui plusieurs approches pour développer des puces et/ou des circuits intégrés ultrafins. L'une d'entre elles consiste à amincir autant que possible les puces en silicium pour les rendre flexibles. Dans ce cas, les capacités technologiques seront semblables à celles du silicium. En effet, des circuits intégrés flexibles et ultrafins de niveau Bluetooth ont déjà été démontrés. Il s'agit d'une étape importante.
Une autre approche consiste à développer des circuits intégrés flexibles basés sur des technologies nativement minces en utilisant des techniques de fabrication électronique flexible, ouvrant ainsi la voie à des circuits intégrés LSI et VLSI nativement flexibles. L'objectif ultime est de rendre les objets du quotidien plus intelligents, mais les capacités technologiques ont encore des décennies de retard sur le silicium.
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Source : www.TechBlick.com
L'interconnexion à basse température (fixation des puces ou des circuits intégrés) est également un élément crucial de l'image émergente de l'électronique hybride flexible (FHE). En fait, l'absence de solutions appropriées a contraint les PCB flexibles (FPCB) au substrat PI, maintenant inutilement les coûts élevés.
Pour remédier à cette situation, de multiples approches émergent pour permettre des technologies de fixation de puces ou de circuits intégrés compatibles avec le PET à faible température.
NovaCentrix a mis au point le photo-frittage de soudure, qui permet aux utilisateurs de réduire à la fois le temps de traitement et la température, ce qui rend cette approche compatible avec le traitement R2R et les substrats en PET. Dans ce cas, des impulsions de lumière à haute intensité remplacent un four de refusion, amenant la soudure à sa température de liquidus en quelques millisecondes sans endommager le substrat sous-jacent.
Saf-Tech développe des soudures à ultra-basse température. Ils sont issus de l'université d'État de l'Iowa qui a mis au point la célèbre et désormais banale soudure SAC. En effet, l'approche de SAFI-Tech propose de permettre la soudure du SAC305 à des températures aussi basses que la température ambiante, ouvrant ainsi la porte à l'électronique hybride flexible compatible avec le PET ou le papier.
Alpha Assembly développe également des soudures à ultra-basse température, étendant leur compatibilité au PET thermostabilisé et au-delà. Notez que la soudure a une capacité d'auto-alignement qui est importante dans le FHE R2R, car elle facilite les exigences de précision de l'opération pick-and-place et permettra l'adoption de circuits intégrés de plus en plus complexes avec de nombreuses broches d'entrée/sortie serrées.
Les adhésifs conducteurs sont bien sûr à basse température. Ils sont utilisés dans la RFID, peut-être la première application FHE simple réussie. Toutefois, ils ne sont pas adaptés aux grands circuits intégrés comportant un grand nombre de broches d'E/S.
CondAlign développe un nouveau film adhésif conducteur anisotrope. Ici, les particules incorporées sont alignées électriquement. Ces films sont maintenant fabriqués à l'échelle R2R avec des épaisseurs allant de quelques µm à quelques centaines de µm et une résistance inférieure à 0,01 Ohm/cm^2. Il est intéressant de noter qu'ils peuvent supporter des pas de 10um.
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Bien entendu, tout cela n'aurait pas de sens sans applications et, en définitive, sans traitement R2R. La première est essentielle, sinon la FHE restera une solution à la recherche d'un problème. Le second est nécessaire pour aider la technologie à réaliser ses avantages potentiels en termes de coût unitaire.
Dans notre série de conférences et d'expositions interactives LIVE but online, nous avons sélectionné des entreprises intéressantes travaillant sur les applications et le traitement R2R.
GE Research présentera son approche pour passer du tour aux applications du monde réel. Jabil fera une présentation sur la mise sur le marché de l'électronique hybride flexible. Les deux entreprises ont un solide pedigree dans la commercialisation de l'électronique imprimée.
Smooth & Sharp présentera ses étiquettes RFID imprimées R2R pour l'impression Covid. IDENTIV présentera ses capteurs NFC et UHF fabriqués à l'aide d'électronique hybride flexible. CPI (Centre for Process Innovation) présentera ses avancées dans l'utilisation du traitement R2R pour la fabrication d'électronique hybride flexible.
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Impression de précision
La tendance à l'impression haute résolution de l'électronique est l'une des plus importantes du domaine. Toutes les technologies d'impression ont fait des bonds en avant en matière de résolution au cours de la dernière décennie. Même la sérigraphie a désormais atteint dans certains cas des largeurs de ligne de 10 um.
Dans notre série de conférences et d'expositions interactives LIVE but online, nous mettons en lumière certaines des entreprises les plus intéressantes et les avancées dans le domaine XTPL présentera sa technologie de dépôt ultra-précise qui permet d'imprimer des caractéristiques aussi petites que 1µm sur des surfaces de forme 3D. L'entreprise propose sa propre imprimante ainsi que des encres à nanoparticules d'argent à haute densité. Les applications peuvent être nombreuses, notamment le prototypage/impression de couches de redistribution, la réparation tardive d'écrans microLED et autres, l'impression de caractéristiques de sécurité, l'impression de points quantiques, et plus encore. À terme, cette technologie peut devenir une plate-forme technologique.
Enjet présentera également son procédé d'impression électrohydrodynamique ultrafin. Il s'agit d'une technologie d'impression par jet à champ proche utilisant un champ électrostatique. Elle permet également de réaliser de petites caractéristiques sur des surfaces non planes.
Une approche unique et innovante est développée par NanoOps, une spin-out de la Northwestern University. Elle permet de réaliser des impressions par transfert de taille inférieure au micron (jusqu'à 20 nm). Dans ce cas, le circuit est d'abord gravé sur un modèle. Ce modèle est ensuite inséré dans un lot chimique dans lequel les matériaux nanoparticulaires sont attirés par les motifs du circuit sous l'effet d'une force électrostatique. Ce modèle est ensuite pressé contre le substrat cible, par exemple flexible, pour transférer le motif. Cela permet d'imprimer des matériaux multicouches sur des plaquettes avec une résolution inférieure au micron. Le procédé est désormais proposé sous la forme d'une ligne de production modulaire automatisée Gen2.
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Les approches décrites ci-dessus ne sont pas R2R. Cependant, l'impression R2R fait également des progrès en matière de résolution.
Kodak fera une présentation sur sa flexographie à haut débit et haute résolution, avec une résolution inférieure à 10 µm et des vitesses d'impression de 10 m/min. Cette technologie pourrait être utilisée dans les systèmes photovoltaïques R2R, les circuits actifs, les dispositifs de sécurité, les antennes transparentes et les étiquettes RFID, etc.
Asahi Kasei a également mis au point un procédé R2R capable d'atteindre une résolution inférieure au micron en utilisant sa technologie de moule à rouleaux sans soudure, dont le motif est réalisé par lithographie par faisceau d'électrons. L'entreprise développe également ses propres encres en cuivre. Ces encres peuvent avoir de nombreuses applications, notamment les éléments chauffants transparents, la métallisation des interconnexions d'affichage et les étiquettes RFID transparentes. En effet, Asahi Kasei fait évoluer son activité pour devenir un processus complet de solutions d'étiquetage et de traçage grâce à sa technologie RFID transparente.
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Photovoltaïque imprimé
Le photovoltaïque imprimé a connu une longue histoire de hauts et de bas. Cependant, il semble enfin que la technologie arrive à maturité. En particulier, les OPV ont exercé la patience des développeurs depuis l'époque grisante de Konarka. Mais aujourd'hui, il y a des nouvelles positives, c'est pourquoi nous les mettons en avant dans notre programme.
Une tendance positive est que l'EQE des VPO a recommencé à grimper, rompant avec la longue période de stagnation. Comme le montre le graphique ci-dessous, le passage à des accepteurs non fullerènes a favorisé et soutenu cette tendance.
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En parallèle, la technologie de traitement a mûri, et certains sont passés à un traitement R2R plus rapide et de plus grand format. Les matériaux sont également plus stables, ce qui réduit les exigences en matière de barrière et facilite les processus de fabrication.
L'espace d'application a également beaucoup évolué. Tout le monde ne range pas les PVO dans la même catégorie que les PVS. En effet, nombreux sont ceux qui réalisent et exploitent les caractéristiques uniques des PVO, telles qu'un bon EQE en intérieur, la flexibilité, la possibilité de personnaliser les motifs, etc.
Dans notre conférence, nous mettons en lumière toutes les tendances clés. Armor présentera de nouvelles applications OPV et Sunew présentera la mise à l'échelle de la production OPV et les défis industriels.
Brilliant Matters, avec son portefeuille en constante expansion de semi-conducteurs et d'intercalaires pour les OPV, présentera sa dernière génération de matériaux photovoltaïques. Raynergy Tek présentera ses matériaux OPV les plus performants et Philips 66 parlera de ses polymères photoactifs adaptés à l'impression industrielle des OPV.
Bien entendu, l'impression ou le traitement R2R des PV ne se limite pas aux PV organiques, comme le montre le graphique ci-dessous. Des progrès notables ont également été réalisés dans d'autres domaines. L'impression R2R à grande vitesse est appliquée aux pérovskites aux États-Unis, tandis que l'impression à jet d'encre est utilisée dans les premiers PV pérovskites imprimés commerciaux. Ce dernier est développé par Saule Technologies, qui sera également présent dans notre série de conférences et d'expositions interactives en ligne mais LIVE.
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Photodétecteurs CMOS hybrides pour la détection NIR et SWIR
Comme nous le montrons ci-dessous, l'électronique imprimée peut jouer un rôle dans la fabrication de photodétecteurs entièrement imprimés et hybrides. Une tendance intéressante est celle des capteurs hybrides CMOS SWIR. Le CMOS ne peut pas voir le SWIR. Au mieux, en utilisant des innovations telles que des tranchées d'isolation profondes, il atteint maintenant une efficacité d'environ 40-50% pour le NIR. Cependant, il existe d'innombrables applications dans la gamme SWIR dans l'inspection industrielle, le tri des textiles, l'ADAS et la conduite autonome et au-delà.
Actuellement, l'InGaAs est la technologie de choix. Elle est chère pour le SWIR et super chère pour le SWIR étendu. Sa résolution est également faible, car la taille des pixels était traditionnellement limitée par la nécessité d'hybrider les matrices de lecture en InGaAs et en Si à l'aide de bosses de soudure (remarque : la technologie de collage Cu-Cu de Sony va changer la donne). Les QD et les matériaux organiques peuvent être coulés en solution ou évaporés sur des ROIC CMOS pour permettre des capteurs hybrides capables de détecter le NIR, le SWIR et même le MWIR. Les caractéristiques d'absorption sont réglables en ajustant le diamètre du QD.
De nombreux progrès ont été réalisés dans ce domaine. Dans notre série de conférences, nous avons sélectionné les meilleurs travaux. SWIR Vision System est le premier à commercialiser un produit QD-CMOS ; Emberion, une spin-out de Nokia, est sur le point de lancer son produit après des années de développement ; IMEC est le principal organisme de recherche dans ce domaine, établissant un record de taille de pixel de 0,13 um et travaillant à l'industrialisation du processus ; et Fraunhofer FEP a terminé le meilleur travail de sa catégorie sur les photodétecteurs organiques-CMOS NIR et SWIR.
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