La Fabrication De Produits Électroniques Peut-Elle Entrer Dans L'ère Numérique, S'interroge IDTechEx

× la question de savoir si l'électronique est une "technologie numérique", presque tout le monde répondrait par l'affirmative. Cependant, si les cartes de circuits imprimés (PCB)permettent de mettre en œuvre des technologies numériques, les processus de fabrication utilisés pour les produire sont encore largement analogiques.

 

La "fabrication numérique" désigne toute méthode directement contrôlée par un ordinateur - le simple fait d'utiliser un logiciel dans le processus de conception n'entre pas en ligne de compte. Des exemples bien connus sont l'usinage CNC (commande numérique par ordinateur), une méthode soustractive dans laquelle un outil de coupe rotatif enlève sélectivement de la matière, et l'impression 3D, une méthode additive qui implique un dépôt sélectif de métal, de plastique ou même de céramique. Dans les deux cas, le contrôle direct par ordinateur signifie que chaque pièce produite peut avoir une conception différente et même que la conception peut être ajustée une fois la fabrication en cours.

 

En revanche, la fabrication conventionnelle de circuits imprimés adopte une approche analogique. Le motif souhaité est transféré sur un masque utilisé pour la photolithographie. Les zones de matériau, généralement le laminé de cuivre d'un circuit imprimé, qui ne sont pas recouvertes de la résine de protection sont ensuite enlevées à l'aide d'un agent de gravure. Bien que cette approche permette une production efficace à haut rendement, l'introduction de méthodes de fabrication numériques apporterait des avantages supplémentaires.

 

 

Le principal avantage de la fabrication numérique par rapport à la fabrication analogique réside sans doute dans le fait que chaque article peut être différent, sans temps ni coûts de configuration supplémentaires. C'est pourquoi les imprimantes à jet d'encre (numériques) sont utilisées à la maison, puisqu'un seul exemplaire est généralement nécessaire, alors que l'impression offset (analogique) est utilisée pour les journaux produits en masse. Dans le domaine de l'électronique, la fabrication numérique permet un prototypage rapide, ce qui accélère le processus de conception. Elle facilite la personnalisation de masse, où chaque circuit peut être conçu différemment si on le souhaite, sans que les coûts de production n'augmentent de façon spectaculaire. En outre, les méthodes de fabrication numérique à haute résolution peuvent être utilisées en conjonction avec la photolithographie conventionnelle pour réparer toute rupture de circuit non désirée.

 

 

L'intérêt pour les méthodes de fabrication numérique dans le domaine de l'électronique s'est rapidement accru au cours des dernières années. Si l'impression à jet d'encre est de loin la méthode la mieux établie pour déposer numériquement de l'encre conductrice, il existe une variété de techniques émergentes qui sont à la fois numériques et additives. Elles offrent toutes le contrôle direct de la fabrication numérique tout en couvrant une gamme de débits, de résolutions, de viscosités de matériaux et de dimensions de substrats.

 

 

Le procédé "Print-then-plate" utilise l'impression par jet d'encre d'une fine couche d'encre conductrice à base de nanoparticules d'argent pour créer un motif sélectif sur le substrat. Cette "couche d'ensemencement" est ensuite entièrement métallisée par dépôt électrolytique, produisant un circuit en cuivre. Cette méthode est déjà utilisée pour la production de masse. Elle combine la personnalisation de la fabrication numérique, la réduction des déchets de la fabrication additive et la conductivité du cuivre métal (plutôt que de l'encre conductrice imprimée).

 

Le transfert avant induit par laser (LIFT) peut être considéré comme un hybride de la structuration directe par laser (LDS) et de l'impression à jet d'encre. En bref, un laser chauffe l'encre conductrice enduite sous une "plaque de transfert", le solvant s'évaporant et éjectant l'encre. L'absence de buse est un avantage majeur, car elle permet d'utiliser des encres visqueuses généralement utilisées pour la sérigraphie. Le LIFT pourrait être utilisé en tandem avec la production R2R, ce qui permettrait une production rapide et rentable de circuits personnalisés.

 

L'impression par aérosol est une technique relativement bien établie qui convient parfaitement à l'impression sur des surfaces 3D. Une encre à faible viscosité est atomisée et formée en un mince jet collimaté à l'intérieur d'une couche de gaz, ce qui permet des résolutions aussi fines que 10 um avec une distance de travail allant jusqu'à 5 cm. Ce procédé est déjà utilisé dans le processus de production d'emballages de semi-conducteurs et sera bientôt appliqué à des surfaces conformes de plus grande surface, telles que le verre automobile.

 

L'impression électrohydrodynamique (EHD) utilise un champ électrique pour "tirer" l'encre d'une buse plutôt que de compter sur la pression pour "pousser" l'encre. Capable de tracésaussi étroits que 1um, cette technique est actuellement utilisée pour réparer les défauts dans les fonds de panier des écrans TFT. Une nouvelle approche consiste à combiner des centaines de buses adressables individuellement dans une seule puce MEMS (microsystème électromécanique), ce qui promet de rompre le compromis résolution/débit pour la fabrication additive d'électronique à petite échelle.

 

L'impression par impulsion est une technique innovante qui en est aux premiers stades de développement et qui promet une impression à haut débit sur des surfaces 3D, telles que les bords des plaques de verre ou les emballages de semi-conducteurs 2,5D. Cette approche utilise une impulsion thermique rapide provenant d'un ensemble contrôlable d'éléments chauffants pour expulser l'encre d'une "surface de transfert" plate sur l'objet cible. Comme aucune buse n'est utilisée, l'encre peut être expulsée simultanément de toute la surface de transfert chauffée.

 

 

Les méthodes de fabrication de l'électronique numérique décrites devraient continuer à gagner du terrain, poussées par le désir d'une plus grande personnalisation, de cycles de développement de produits plus courts et d'une demande pour l'électronique 2,5D/3D. Le rapport d'IDTechEx, "Fabrication De Produits Électroniques Imprimés 2023-2033", s'appuie sur 20 ans de couverture de l'électronique imprimée et flexible pour explorer ces technologies et bien d'autres, y compris la fabrication de rouleau à rouleau. S'appuyant sur des informations recueillies lors de conférences et d'entretiens, il décrit les acteurs, les capacités, les tendances et les besoins dans le domaine de la fabrication d'électronique imprimée, afin de faciliter les choix lors du développement de produits et de la mise à l'échelle pour la production de masse.

 

Pour en savoir plus, et notamment pour télécharger des exemples de pages, veuillez consulter le site www.IDTechEx.com/ManufacturingPE.