ET SI JE METTAIS DE L'INTELLIGENCE DANS MES PRODUITS ? - VEILLE TECHNOLOGIQUE - NOVEMBRE 2016
←
→
Transcription du contenu de la page
Si votre navigateur ne rend pas la page correctement, lisez s'il vous plaît le contenu de la page ci-dessous
VEILLE TECHNOLOGIQUE ET SI JE METTAIS DE L’INTELLIGENCE DANS MES PRODUITS ? Novembre 2016
La plastronique
SOMMAIRE
IPC a réalisé cette veille technologique, qui
s’inscrit dans une réflexion sur la plasturgie 4.0.
Elle vise à aider les entreprises à construire leur
avenir, à aborder des sujets innovants tels que
la plastronique, la micro et nanostructuration
des surfaces de pièces plastiques, ainsi que les
transferts de technologies.
IPC est le Centre Technique Industriel dont l’expertise est dédiée à l’innovation plastique et
composite en France. Depuis 2016, la profession a ainsi de nouveaux moyens pour accom-
pagner toutes les entreprises dans l’innovation et le transfert de compétences, notamment les
TPE et les PME, grâce à une taxe instituée pour financer la R&D, l’innovation et le transfert de
technologies.
Le Programme Général de Recherche est co-construit avec les industriels pour doper la com-
pétitivité des entreprises, en stimulant les échanges d’information et d’expérience. L’objectif ?
Construire l’innovation et la plasturgie 4.0.
IPC a une dimension nationale et est représenté sur l’ensemble du territoire. IPC s’appuie
sur la Fédération de la Plasturgie et des Composites et ses Syndicats. IPC développe des
partenariats avec tous les acteurs techniques et scientifiques : pôles de compétitivité, centres
techniques, universités et écoles d’ingénieurs.
Pour toute information : 0800 48 24 48 ou www.poleplasturgie.net
@CT_IPC ; @IPC_3D_Printing ; @IPC_NumPlast
2 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I Novembre 2016 Retour au sommaire
Introduction 5
1 La plastronique
1.1 Les 3D-MID
1.1.1 Décryptage de la technologie LDS
1.1.2 Autres procédés
1.1.3 Le marché de l’éclairage LED,
6
8
9
9
premier marché visé par la technologie MID 9
1.1.4 Transfert de technologie IPC / 3D-HiPMAS -
Miniaturisation et intégration de fonctions 10
1.2 L’électronique flexible 13
1.2.1 La problématique 13
1.2.2 Les films du marché 20
1.2.3 Les applications potentielles 22
1.2.4 Transfert de technologie IPC / TERASEL -
Surmoulage de dispositifs électroniques flexibles
et étirables 24
1.2.5 Transfert de technologie IPC / Plateforme PICTIC - Intégration par surmoulage 25
1.3 S2P Spin-off d’IPC 27
Les MEMS : le mariage annoncé entre la plastronique et les MID ? 29
2 Micro & Nanostructuration
2.1 Transfert de technologie IPC / IMPRESS – Micro
et nanostructuration
2.1.1 Nanostructuration de surface pour lutte anti-contrefaçon
2.1.2 Les verrous technologiques
31
32
33
34
2.2 Transfert de technologie IPC / PIMENT -
Sortir des surfaces planes 34
2.2.1 Les développements du programme 35
2.3 Autre technologie : fonctionnalisation laser 36
3 Biomimétisme : et si l’innovation passait
par l’observation de la nature ?
3.1 Nanostructures observées
Nanostructures pour fonctions hydrophobes
Nanostructures pour fonctions hydrophiles
38
39
39
40
Nanostructures pour plus de transparence 40
Nanostructures pour colorer… sans colorants 41
Nanostructures pour forte adhésion 41
Nanostructures antireflet ou antibuée 42
Nanostructures pour superoléophobie 42
Nanostructures antimicrobiennes 42
Nanostructures antigivre 43
Pour quelles applications ? 43
Novembre 2016 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I 3
3 3.2 L’intelligence de l’adaptation
Flectofin ou l’architecture élastique déformante
Contrôler couleur et transmission lumineuse
La palette qui se prenait pour un bambou
3.3 Demandez à la nature
43
44
44
44
45
Le biomimétisme : s’inspirer de la nature pour innover durablement :
Section de l’environnement du CESE (Conseil Economique, Social et
Environnemental) 46
4 Dans les tiroirs des chercheurs
4.1 La cape d’invisibilité
4.2 Le textile de demain produira de l’énergie
4.3 T
ransfert de technologie IPC / PASTA –
47
48
49
La plasturgie apporte une solution adaptée à une problématique
d’intégration de fonction 50
4.4 Le pare-brise qui se dégivrera tout seul 52
4.5 La promesse des procédés additifs 52
4.6 Vers les Smart Composites 53
4.7 A l’écoute de la R&D européenne 53
L’objet connecté : gadget ou véritable source de valeur ajoutée? 54
Les réseaux d’acteurs 56
OE-A : Organic Electronic 56
AFELIM 56
EvénementS 56
Conférences 4M 56
IDTECHEX : électronique imprimée mai 2017 56
Rencontres électronique imprimée 56
5
Annexes 57
Tableau des grades LPKF compatibles (novembre 2015) 58
Références 61
Notes 62
4 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I Novembre 2016
«L’innovation ouverte est une manière globale de
penser la stratégie d’innovation de l’entreprise,
comme ouverte aux apports externes et structurée
par des flux de connaissance entrants et sortants.
Cette approche renouvelée de l’innovation, atten-
tive à l’inattendu, ouvre l’entreprise sur l’extérieur et
décloisonne les processus linéaires de création de
valeur pour en multiplier l’efficacité… »
Source : www.entreprises.gouv.fr/innovation-ouverte
Apporter des fonctions, de l’intelligence aux connecter, d’apporter de la valeur, beaucoup
pièces plastiques… donner aux surfaces de sont loin d’avoir atteint un niveau de maturité
ces pièces des propriétés nouvelles et une suffisant pour permettre une industrialisation,
forte valeur ajoutée sont aujourd’hui des en- et de nombreux développements sont à venir.
jeux clés pour la compétitivité de la filière plas- Il reste tant à découvrir et à développer, les
turgie française. sources d’inspiration sont multiples et inta-
Ces enjeux sont issus de la forte demande rissables, par exemple la nature. Les méca-
des consommateurs et utilisateurs d’une part, nismes de la nature permettent de découvrir
mais également de la nécessité pour les plas- des fonctions qui semblent être aujourd’hui,
turgistes d’innover, de proposer des pièces grâce à l’évolution technologique exponen-
intégrant fonctions et intelligence, dans un en- tielle, « réplicables » sur de nombreux déve-
vironnement hyperconcurrentiel. loppements, apportant une forte valeur ajou-
Ce nouveau paradigme nécessite, au-delà des tée. Bon nombre de surfaces fonctionnelles
connaissances métiers, de nombreuses autres peuvent trouver leurs sources d’inspiration
compétences dans des domaines aussi poin- dans les mécanismes biologiques.
tus que ceux de l’électronique ou de la nano Mais pas uniquement ! La nature peut inspirer
structuration de surface. la conception d’objets aussi simple qu’une pa-
On entre donc dans la plasturgie 4.0, l’ère des lette de transport ou aussi sophistiquée qu’une
nouvelles formes de travail, de collaborations, façade éco-efficiente !
de mutualisation des compétences, l’ère de Les découvertes des biologistes pour intro-
l’innovation ouverte, où des univers très diffé- duire le biomimétisme, l’art de s’inspirer de la
rents se côtoient et échangent pour imaginer, nature pour innover durablement, sont aus-
développer, les produits de demain. si traités dans le document. Selon le CESE
Les derniers développements dans le domaine (Conseil Economique, Social et Environnemen-
de la plastronique et de la micro et nanostruc- tal), « c’est cette capacité d’adaptation et cette
turation des surfaces des pièces plastiques, exigence de durabilité qui pourraient faire du
ainsi que sur les nombreux travaux et trans- biomimétisme un outil de nos transitions éner-
ferts de technologies proposés par IPC sont gétique et écologique, source d’inspiration et
évoqués dans ce document. de solutions technologiques.»
Cependant, si une large variété de technolo-
gies permet aujourd’hui de fonctionnaliser, de
Novembre 2016 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I 5
La plastronique
La plastronique
1.1 Les 3D-MID
1.1.1 Décryptage de la technologie LDS
1.1.2 Autres procédés
6
8
9
9
1 . La plastronique
1.1.3 Le marché de l’éclairage LED,
premier marché visé
par la technologie MID 9
1.1.4 Transfert de technologie
IPC / 3D-HiPMAS - Miniaturisation
et intégration de fonctions 10
1.2 L’électronique flexible 13
1.2.1 La problématique 13
1.2.2 Les films du marché 20
1.2.3 Les applications potentielles 22
1.2.4 Transfert de technologie
IPC / TERASEL - Surmoulage
de dispositifs électroniques
flexibles et étirables 24
1.2.5 Transfert de technologie
IPC / Plateforme PICTIC
- Intégration par surmoulage 25
1.3 S2P Spin-off d’IPC 27
Les MEMS : le mariage annoncé entre la
plastronique et les MID ? 29
6 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I Novembre 2016 Retour au sommaire
1 La plastronique
Il a fallu inventer un nouveau nom, tant le phé-
nomène a pris de l’ampleur !
Dans les équipements électroniques, les ma-
tières plastiques assurent usuellement des
Ce qui, il y a seulement quelques décennies fonctions support, packaging, ergonomie,
paraissait impossible arriva : les plastiques étanchéité. Mais plus encore, les matières
sont des matériaux de choix pour l’électro- plastiques s’intègrent aujourd’hui à l’électro-
nique… ainsi naquit la plastronique ! nique pour la miniaturisation des systèmes,
l’intégration ergonomique des fonctions en 3D,
Tout ou presque semble être voué, un jour ou
la fiabilisation et la performance des produits,
l’autre, à devenir connecté et/ou intelligent :
le tout en réduisant les coûts de fabrication
les villes, les transports, l’industrie… Et si
et en limitant les phases d’assemblage. Les
aujourd’hui la tendance est plutôt aux écrans
atouts des matières plastiques se situent dans
incurvés, demain, l’électronique sera flexible,
les possibilités de design 3D, les propriétés
souple… Nos écrans de télévision s’enroule-
spécifiques (transparence, souplesse, hydro-
ront pour être rangés dans un tiroir… Dans ce
phobie,…), l’intérêt économique.
domaine, si en Europe, l’Allemagne s’affiche
largement en tête, la France n’est pas en reste Le marché des produits plastiques intelligents
et une exception française se dessine. Avec la connaît aujourd’hui un essor considérable,
création de S2P1, une véritable filière française lié en particulier aux dernières innovations is-
de la plastronique se met en place. sues du rapprochement des domaines de la
plasturgie et de l’électronique. Si les maté-
Gain d’espace, gain de poids, élimination des
riaux polymères ont été longtemps limités aux
étapes d’assemblage pour relier la carte élec-
seules fonctions de packaging de composants
tronique au boîtier... les avantages des solu-
électroniques, leur mise en œuvre actuelle les
tions plastroniques sont nombreux, tant au
associe davantage à des fonctions électro-
niveau de la pièce finale que du coût de pro-
niques elles-mêmes. Partie intégrante de ces
duction.
dernières, on peut aujourd’hui parler de micro-
systèmes sur plastique.
Selon L’AFELIM 2 (Association Française
de l’Electronique Imprimée) seulement
7% de l’électronique imprimée se fait au- Le marché des produits plastiques intel-
jourd’hui sur une base plastique. Le reste ligents devrait croitre de 30% jusqu’en
se partage entre les feuilles métalliques 2020, pour atteindre 2 200 milliards selon
(30%) et le papier (10%). Cette technolo- les prévisions de l’Institut International Data
gie ne se développe pas en substitution Corporation.
de l’électronique traditionnelle, elle trouve
ses propres débouchés pour lesquels elle Source
apporte une véritable valeur ajoutée . Plastiques & Caoutchoucs Magazine – juillet 2016 –
Grand-Angle Plastronique
Source
Plastiques & Caoutchoucs Magazine – juillet 2016 –
Grand-Angle Plastronique.
1 - www.s-2p.com/
2 - www.afelim.fr/
Retour au sommaire Novembre 2016 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I 7
La plastronique
Les voies pour apporter des fonctions, de l’in-
telligence et de la valeur ajoutée aux pièces
1.1 Les 3D-MID
plastiques sont nombreuses.
Les 3D-MID sont des composants plastiques
La plastronique consiste à intégrer de l’électro- moulés qui servent à la fois de boîtier de pro-
nique, de différentes manières, dans les pièces tection et de support de circuit électronique
plastiques pour les doter « d’intelligence ». 3D. Ces composants combinent donc des
La plastronique reste toutefois complémen- fonctions mécaniques et électroniques.
taire à la technologie du silicium qui garde un
avantage dans la réalisation par exemple, des
fonctions de haut niveau, rapides, avec faible
La possibilité de structuration en trois
consommation, et pour des éléments minia-
dimensions permet d’économiser la ma-
tures.
tière, et simplifie l’assemblage. En outre, le
Du monde de la 2D à celui de la 3D nombre de composants est réduit grâce à
Le monde de l’électronique traditionnelle est l’intégration de fonctions. Grâce à la tech-
un monde en 2 dimensions. Les systèmes nologie 3D-MID, les composants peuvent
électroniques y sont conçus sur des PCB être reportés en surface ou les antennes
(Printed Circuit Boards) plans, par le biais de peuvent être placées d’une manière peu
technologies qui ont atteint un niveau de ma- encombrante sur le boîtier.
turité élevé et des coûts de réalisation faibles.
Néanmoins, depuis quelques années, le be-
soin en électronique 3D se fait fortement res-
sentir. Il correspond à une demande croissante
des utilisateurs de produits électroniques en
termes d’esthétique, d’ergonomie, de sécu-
rité, de simplicité et de miniaturisation.
Les technologies traditionnelles
de l’électronique répondent
difficilement à ce besoin.
Aujourd’hui, différentes technologies existent
pour la réalisation de dispositifs électro-
niques en 3D. Les deux principales sont les
3D-MID (Molded Interconnect Devices) et les
circuits imprimés flex-rigides. Si ces techno-
logies permettent d’améliorer l’ergonomie et
la compacité des systèmes électroniques, des
contraintes techniques inhérentes à chaque
Dans le cas des 3D-MID, formes et fonctions
technologie nécessitent le développement de ne font plus qu’un.
travaux de R&D autour d’équipes pluridiscipli-
naires.
Le saviez-vous ?
Plus de la moitié des 3D-MID
produits dans le monde est réalisée
par le procédé LDS
(Laser Direct Structuring)
Il y a un avant et un après plastronique !
8 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I Novembre 2016 Retour au sommaire
1.1.1 Décryptage n e processus impose quelques limites à la
L
de la technologie LDS liberté de conception 3D de la pièce, mais
permet des circuits complexes.
Dans le domaine des 3D-MID, le procédé de
n La complexité du moule d’injection aug-
structuration directe au laser, développé par
mente avec la complexité de la configura-
LPKF Laser & Electronics AG, Garbsen, Alle-
tion du circuit.
magne, est majeur.
n Les pièces peuvent être fonctionnalisées
Le procédé LDS se décompose en quatre
facilement avec une grande fiabilité des
étapes principales :
processus.
n La nécessité de deux moules d’injection
rend le procédé coûteux et les change-
ments de design très chronophages et
coûteux.
n L’injection bi-matières n’est commerciale-
ment viable que pour de très grandes sé-
1 - Moulage 2 - Fonctionnalisation ries. Pour les prototypes et petites séries,
laser
le processus est trop coûteux en raison du
coût élevé du moule.
1.1.3 Autres procédés
D’autres procédés sont développés pour la
3 - Dépôt métallique 4 - Assemblage production de 3D-MID.
1 - Injection standard de thermoplastiques chargés,
Estampage à chaud
disponibles commercialement. Dans le cas du MID, l’estampage (« hot-em-
2-E n plus de l’activation, le laser crée des microrugosi- bossing ») est un procédé permettant d’appli-
tés dans lesquelles le cuivre pourra s’ancrer mécani- quer et de poinçonner à chaud un film métal-
quement pendant la phase de métallisation.
3-M étallisation par cuivre chimique (d’autres métaux
lique sur une pièce polymère, afin de créer des
peuvent être déposés pour compléter la métallisa- pistes conductrices. On applique donc le métal
tion, en fonction des applications visées). sur la pièce plastique déjà réalisée.
4 - Assemblage des composants.
La technologie PowerMID®
SINTEX NP est un acteur important du 3D-MID
L’empilement le plus couramment utilisé depuis plusieurs années et propose plusieurs
est constitué de cuivre (6-8 µm), nickel (4-6 procédés de fonctionnalisation dont son procédé
µm) et or (100 nm).
Sources
www.3d-mid.de/2/technology/manufacturing/laser-direct-
structuring.html
www.ebinadk.com/en_2015/category/function/
www.lpkf.com/products/mid/lpkf-lds-process.htm
PowerMID®. Ce système MID développé par SIN-
1.1.2 L’Injection bi-matières, TEX NP permet à la fois la réalisation de circuits
procédé de production réellement 3D et des intensités jusqu’à 1A/mm².
adapté aux grandes séries PowerMID® a fait l’objet de plusieurs brevets.
Grâce à l’injection bi-composants, une pièce Fin 2010, Sintex np, présent sur une dizaine
est d’abord produite à partir d’une matière de sites en France, dépose le brevet Power-
plastique métallisable, puis surmoulée avec MID®, une technologie capable de conduire
une deuxième matière plastique non-métal- l’électricité via des polymères. «…Avec cette
lisable dans un autre moule. Ce dernier agit technique, on n’a plus besoin des pistes en
donc comme un masque pendant le procédé cuivre dans les pièces plastiques », explique
de métallisation sélective. Didier Muller, responsable R&D chez SINTEX
Retour au sommaire Novembre 2016 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I 9
La plastronique
NP. « Non seulement ça réduit encore plus les
étapes d’assemblage, mais ça permet aussi définition
de faire circuler davantage de courant. Avec Une diode électroluminescente (LED, de
ce brevet, l’intensité passe de quelques milli anglais : Light-Emitting Diode), est un dis-
ampères à plusieurs ampères. » Le PowerMID® positif optoélectronique capable d’émettre
est idéal pour alimenter des LED de puissance. de la lumière lorsqu’il est parcouru par un
Aujourd’hui, cette solution est principalement courant électrique.
utilisée pour créer des composants plastro- Les LED sont plus performantes, durent
niques destinés au secteur automobile. plus longtemps, tout en consommant
SINTEX NP est membre de l’association inter- moins d’énergie. Il reste cependant une
nationale 3D-MID et participe, auprès d’IPC, au difficulté technique quant à l’utilisation des
programme européen TERASEL, programme LED : la thermique.
évoqué dans le chapitre 1.2.4 Au-delà de 60°C, les LED perdent leurs
performances, et leur durée de vie chute
Sources considérablement. Le principal défi est de
www.sintex-np.com/fr/innovation-et-developpement/innovation
prévoir des « puits de chaleur » adaptés
pour capter l’énergie générée par la LED, et
www.industrie-techno.com/la-plastronique-ouvre-des-pers-
pectives-aux-industriels.34687 la dissiper le plus rapidement possible pour
éviter tout échauffement de l’ampoule. Le
plus souvent, les fabricants utilisent des
supports en aluminium, mais ces dernières
1.1.4 Le marché de l’éclairage LED, années, les fournisseurs de matières plas-
premier marché visé tiques proposent des grades, le plus sou-
par la technologie MID vent sur des bases polyamide, chargés
La technologie MID permet d’envisager des avec des céramiques conductrices. Ces
solutions novatrices d’intégration pour un mar- nouveaux matériaux permettent de réaliser
ché majeur en très forte croissance, celui de des supports de LED en injection, tout en
l’éclairage LED. conservant des propriétés de conduction
thermique intéressantes.
Que ce soit pour un usage domestique ou
dans l’automobile, les milieux hospitaliers,
industriels, ou encore l’éclairage publique, les
LED sont de plus en plus présentes dans notre 1.1.5 T
ransfert de technologie
quotidien. IPC / 3D-HiPMAS - Miniaturisation
Selon le Cabinet McKinsey, si elles ne repré- et intégration de fonctions
sentaient que 8% du marché en 2011, estimé à
75 milliards de dollars, elles devraient atteindre
75% du marché en 2020, marché estimé à
100 milliards de dollars annonçant à terme, la
disparition des ampoules à incandescence ou
fluorescentes… Les technologies d’intégration et de miniaturi-
sation permettent de répondre aux demandes
des marchés pour toujours plus de traçabilité,
de sécurité, de communication et d’ergonomie.
Les 3D-MID illustrent parfaitement cette
demande sans cesse croissante pour des
systèmes 3D compacts, multi-matériaux et
multifonctionnels présentant un fort degré d’in-
tégration de fonctions. Avec un taux de crois-
sance de 20% par an depuis 2008, les 3D-MID
offrent un panel d’innovations procédés et pro-
duits dont il faut se saisir dès maintenant.
Ce sont ces défis que le projet 3D-HiPMAS a
relevé, en offrant à l’industrie une usine pilote,
en mesure de fournir des solutions plastro-
niques personnalisées en termes de perfor-
mances techniques et économiques.
10 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I Novembre 2016 Retour au sommaireLa ligne pilote, comprenant toutes les
étapes du processus de fonctionnalisa-
tion, est disponible dans l’entreprise Hahn-
Schickard à Stuttgart, en Allemagne.
Défis technologiques Les étapes nécessaires à la réalisation d’un
Afin de pouvoir réaliser des micro-systèmes produit fonctionnalisé sont :
3D, l’industrie européenne doit faire face à n la conception,
certains verrous technologiques comme : n la fabrication de moules,
n ê tre en mesure de fabriquer des micro- n le moulage par injection,
pièces 3D de haute précision, intégrant n la structuration laser,
plastiques et électronique, et compre-
n le nettoyage,
nant le support en matériau polymère 3D
n la métallisation,
(packaging), les pistes 3D conductrices
et l’assemblage des composants électro- n l’assemblage.
niques 3D, Une ligne pilote adaptée à différents
n être en mesure de réduire considéra- besoins.
blement leur coût de fabrication pour Un système flexible pour la manipulation
que l’industrie européenne soit compéti- des pièces permet non seulement de pro-
tive face aux pays à faibles coûts sala- duire de grandes quantités, mais aussi des
riaux, petites et moyennes séries.
n fournir à l’industrie des procédés de
fabrication fiables, robustes et inté-
grant le contrôle en ligne.
Une plateforme pour les industriels
Les industriels disposent de l’outil selon leurs
besoins : utilisation de toute la chaîne de pro-
duction ou simplement l’utilisation de certaines
briques technologiques. La plateforme est Assemblage MID sur la ligne pilote 3D-HiPMAS
donc à la fois dédiée aux petites entreprises
ne possédant aucun moyen technique, et aux
plus grosses ayant déjà en interne intégré des
étapes du procédé, ou désireuses d’étendre Les 3 briques technologiques de la plateforme
leurs propres capacités.
La plateforme 3D-HiPMAS est donc une pla- Support polymère 3D
teforme de R&D et de production dédiée aux (packaging plastique)
microsystèmes fonctionnalisés. A travers cette
plateforme, plusieurs technologies de fonc- La fonctionnalisation de micro-pièces 3D par
tionnalisation sont développées afin de mettre technologie LDS nécessite l’utilisation de
à disposition de l’industrie un outil à la fois matières plastiques ayant des propriétés spé-
flexible et innovant. cifiques. Pour répondre aux exigences ther-
miques de fabrication de MID, des polymères
présentant une tenue aux hautes températures
comme le PPA, les LCP ou les PEEK sont choi-
sis. Ces polymères sont appropriés pour des
procédés de soudure sans plomb. Par incor-
poration de charges et d’additifs spéciaux, la
dilatation thermique du matériau de support
est réduite. Dans le même temps l’adhésion
des pistes métalliques après structuration la-
ser est renforcée, ce qui confère aux MID une
meilleure fiabilité.
Retour au sommaire Novembre 2016 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I 11La plastronique
Grâce aux développements de nouveaux
compounds thermoplastiques spéci-
fiques, réalisés dans le cadre du projet 3D-
HiPMAS, comme le nouveau compound
TECACOMP® LDS (Ensinger), il est pos-
sible de fabriquer des micro-pièces struc-
turées avec des pistes ultra-fines de moins
de 70µm grâce à une morphologie fine et
homogène du matériau polymère. Pour
les applications avec des exigences éle-
Démonstrateur IPC
vées en matière de thermique comme les
LED ou l’électronique de puissance, des
matières plastiques spécifiques ayant des La technologie LDS pour couche
ultrafine
conductivités thermiques plus élevées ont
été développées. Avec une conductivité Dans le programme 3D-HiPMAS les conditions
thermique 5 à 10 fois plus élevée que les aux limites, les exigences techniques et les
plastiques conventionnels, les nouveaux possibilités associées à la production de struc-
matériaux peuvent jouer un rôle important tures conductrices ultrafines ont été étudiées.
dans l’intégration fonctionnelle de compo- Avec une unité de traitement laser modifiée et
sants électroniques. l’utilisation de matériaux adaptés, le procédé
peut générer des structures avec un pas plus
petit que 70 µm sur des substrats 2D et infé-
L’injection bi-matières pour la réalisation
rieur à 150 µm sur des substrats 3D. Pour cer-
de pistes métalliques
tains matériaux substrats, un pas de 50 µm est
même réalisable.
Par l’utilisation de l’injection bi-matières, le
projet 3D-HiPMAS vise à réaliser des pièces Les démonstrateurs
MID aux dimensions de pistes conductrices Dans le cadre de ce programme de recherche,
très fines : 4 démonstrateurs industriels ont été développés :
n
en dessous de 0,4 mm (piste de 0,2 mm et Pile à combustible
espace de 0,2 mm),
La technologie LDS offre de nouvelles perspec-
n vias métallisées de diamètre inférieur à 0,5 mm.
tives pour l’intégration d’électronique. Pragma
Un démonstrateur spécialement conçu dans Industries utilise ce procédé pour intégrer des
le cadre du projet permet de tester une large fonctions électroniques directement dans le
gamme de motifs métallisés (lignes, points, vias cœur de leur pile à combustible, une première
et connexions). Son design intègre des lignes dans ce domaine.
et des espaces inférieurs à 0,15 mm et des
vias d’un diamètre inférieur à 0,15 mm. Un des
principaux défis est la sélection du bon couple
de matériaux : un processus de surmoulage
non optimisé peut conduire à des déformations
inacceptables. Des résultats optimaux ont été
obtenus avec un LCP dopé et un PC. En outre,
d’autres procédés innovants utilisés en injec-
tion comme le chaud/froid (conformal cooling
et technologie de thermorégulation dynamique
type Variotherm) et l’utilisation du vide dans les
cavités du moule permettent d’améliorer gran- Un micro-switch 3D
dement la qualité des pièces finales. Le nouveau micro-switch 3D RF, développé
par l’équipe Radiall est basé sur la technologie
MID. C’est un micro-switch RF de puissance
qui met en œuvre des procédés CMS (Compo-
sant Monté en Surface). Les performances RF
sont étendues jusqu’à 15 GHz par rapport au
produit existant. La durée de vie du nouveau
switch est supérieure à 2 millions de cycles.
12 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I Novembre 2016 Retour au sommaireLe produit sera qualifié pour une utilisation en rend possible la réalisation de surfaces sen-
environnements sévères. sibles et/ou actives.
Une prothèse auditive 3D plus rationalisée Le remplacement du silicium en tant que subs-
trat par d’autres matériaux comme le plastique,
Sonova a développé un connecteur MID pour
permet de développer des fonctions flexibles.
un récepteur FM miniature équipant un appa-
La géométrie finale de la fonction électronique
reil auditif. En développant le connecteur par
peut alors être adaptée à son utilisation, et
la technologie MID plutôt que d’utiliser une
offrir de cette manière, aux produits, une ergo-
technologie classique d’interconnexion élec-
nomie optimisée.
tronique, on peut ainsi assembler cinq pièces
en une seule, éliminant ainsi plusieurs étapes Aujourd’hui, les applications de l’électronique
manuelles d’assemblage. imprimée et flexible vont de l’affichage (écrans
souples) aux capteurs (température, humidité,
pression...), en passant par la réalisation de
fonctions logiques (transistors) ou de cellules
photovoltaïques.
Le marché global de l’électronique im-
primée, flexible et organique est estimé à
près de 24 milliards de dollars et devrait
atteindre plus de 70 milliards de dollars en
2024.
Capteur de pression capacitif et jauge de
déformation
Source
Les premiers capteurs dédiés à la connectique IDTechEx.
automobile, étaient fabriqués séparément et
assemblés par vissage ou clipsage. Grâce aux
MID, et en collaboration avec Hahn Schickard,
Rayce a développé un capteur de pression
directement intégré dans un connecteur de 1.2.1 La problématique
fluide qui permet de meilleures performances Parmi les défis technologiques, la réalisation
et l’optimisation des coûts. En outre la tech- de fonctions électroniques sur des supports
nologie MID permet la réalisation de jauges de flexibles et de grande surface occupe une
déformation directement sur la pièce polymère. place importante, dans les nombreux travaux
de développement.
n L es polymères, de par leurs propriétés intrin-
1.2 L’électronique sèques (notamment la flexibilité), offrent un
choix idéal de matériaux pour le développe-
Flexible ment de l’électronique flexible, basé sur l’inté-
gration de circuits sur des substrats souples
L’électronique imprimée et flexible apporte polymères (films fonctionnalisés). Les films
des solutions innovantes là où l’électronique fins, les coatings et les encres à base poly-
« classique » sur silicium montre ses limites. mère sont cruciaux dans les développements
Dans l’électronique « classique », les proprié- de ces technologies.
tés semi-conductrices du silicium sont la base n Ils présentent également des propriétés de
d’un grand nombre de fonctions (transistors, résistance aux solvants, nécessaires à l’utili-
capteurs…). sation de technologies comme la photolitho-
Par la mise en œuvre de procédés issus no- graphie. De plus, ils permettront à terme une
tamment du monde de l’impression, l’électro- intégration des fonctions électroniques par
nique flexible autorise le développement de des procédés de production de masse.
systèmes sur des grandes surfaces, à un coût n Dans le panel des polymères disponibles,
réduit, grâce à l’utilisation de procédés feuille- le PET (polyéthylène téréphtalate) tient une
à-feuille, voire roll-to-roll. Associée au déve- place importante dans le marché des subs-
loppement de nouveaux matériaux (aussi bien trats et offre de nombreux avantages clés, y
organiques qu’inorganiques) et à de nouvelles compris sa durabilité, sa résistance à l’humi-
fonctions, en particulier celles de capteurs, elle dité, sa stabilité chimique et thermique.
Retour au sommaire Novembre 2016 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I 13La plastronique
n e PEN (polynaphtalate d’éthylène), polyes-
L
ter saturé proche du PET, uniquement dis- Le choix entre les types de substrats est
ponible sous forme de films stabilisés ther- critique dans la conception des systèmes
miquement et à orientation bi-axiale, tend lui électroniques imprimés. Chacun de ces
aussi à s’imposer sur ce marché. En effet, supports présente des avantages et des in-
sa stabilité thermique et dimensionnelle plus convénients. Selon ce choix, les caractéris-
grande lui confère un avantage sur le PET. tiques de performance du substrat auront
un impact sur l’application.
n Les procédés d’impression des films plas-
tiques les plus utilisés sont le jet d’encre et
la flexographie.
Le schéma ci-dessous présente les potentialités du développement des systèmes flexibles.
En fonction des technologies et des matériaux, les différents marchés sont positionnés.
Développement à venir dans l’électronique flexible dans les secteurs envisagés
Source
Flexible Electronics: The Next Ubiquitous Platform
www.oe-a.org/downloads
14 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I Novembre 2016 Retour au sommaireFeuille de route OE-A applications électronique flexible – 2015 / 2023
Court terme Moyen terme Long
2015
2016 - 2018 2018 - 2022 terme2023+
f f f f
Modules rigides Eclairage flexible Production Généralisation de
conception conception de masse de l’éclairage OLED
Eclairage OLED orientée orientée dispositifs
luminaires B2B et applications d’éclairage
B2C flexible
Alimentation Applications
Electronique mobile, Internet grande
f f f f
Chargeurs grand public, de l’objet, échelle BIPV*,
grand public, alimentation captage généralisation
Photovoltaïque
lampes solaires, mobile, captage d’énergie, connexions
Organique
installations d’énergie, intégration dans hors réseau,
architecturales BIPV* et BAPV* les bâtiments, photovoltaïque
spécialisés connexions hors raccordé au
réseau réseau
Afficheurs
Dispositifs
intégrés par
f f f f
Ecran OLED d’affichage Affichage
surmoulage,
incurvés, écrans OLED portables étirable, TV
dispositifs
Affichage flexible OLED mobiles et et pliables, enroulable OLED,
d’affichage
OLED flexibles, liseuses, dispositifs électronique
pliables semi
dispositifs d’affichage enroulable grand
transparents,
portables enroulables semi- public
écrans et TV
transparent
OLED
Batteries non
Batteries
rechargeables, Batteries
imprimées,
f f f f
identification Batteries multicellules,
objets intelligents
type RFID pour rechargeables, mémoire lisible à
intégrant des
Electronique et protection des capteurs sensitifs distance, fonction
dispositifs
composants marques, films transparents, logique imprimée,
passifs et actifs,
conducteurs et capteurs sensitifs capteurs de
intégration
capteurs sensitifs flexible sans ITO mouvement
grand public des
transparents pliable sans ITO
capteurs sensitifs
sans ITO
Textiles intégrant
des capteurs,
étiquettes Systèmes Textiles OLED,
antivols et intelligents pour dispositifs
f f f f
Etiquettes
anti-contrefaçon, l’internet des de suivi et
intelligente type
étiquettes objets, étiquettes d’analyses
Système NFC, emballage
intelligentes intelligentes médicales
intelligent intégré intelligent,
(capteur de NFC ou RFID, jetables,
intégration dans
température), dispositif bas capteurs sans
les textiles
capteurs et coût suite de fil pour bâtiment
dispositif soins à domicile intelligent
d’analyse
imprimés
*BAPV : Building applied photovoltaics / * BIPV Building integration photovoltaics
Source :
www.oe-a.org/home
Retour au sommaire Novembre 2016 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I 15La plastronique
Les candidats polymères pour le substrat
Le tableau ci-dessous compare les propriétés les plus critiques des candidats polymères pour
les substrats :
Température max.
Matériau Propriétés
d’utilisation °C
Couleur orange
Coefficient d’expansion thermique élevé
Polyimide
250 Bonne résistance chimique
(Kapton)
Absorption d’humidité élevée
Coût élevé
Couleur ambre
Polyétheréthercétone Bonne résistance chimique
240
(PEEK) Faible absorption d’humidité
Coût élevé
Transparent
Bonne stabilité dimensionnelle
Polyéthersulfone
190 Faible résistance aux solvants
(PES)
Absorption d’humidité moyenne
Coût élevé
Polyétherimide Rigide et cassant
180
(PEI) Coût élevé
Transparent
Coefficient d’expansion thermique modéré
Polynaphtalate d’éthylène
160 Bonne résistance chimique
(PEN)
Absorption d’humidité moyenne
Peu coûteux
Transparent
Coefficient d’expansion thermique modéré
Polyéthylène téréphtalate
120 Bonne résistance chimique
(PET)
Absorption d’humidité moyenne
Peu coûteux
Source :
www.oe-a.org/downloads
Avec l’utilisation de films polymères
comme substrats, les frontières
entre formes et fonctions
disparaissent
16 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I Novembre 2016 Retour au sommaireTechnologies d’intégration Engel, de l’automobile au médical
de films fonctionnalisés La technologie Multifunctional Surfaces déve-
Intégrer de l’intelligence par IML loppée par la société Engel est intéressante.
La technologie IML (In Mold Labelling, variante Les développements réalisés dans le cadre
de la technologie IMD : In Mold Decorating) des consoles automobiles visant à intégrer
permet de réaliser en une seule étape d’injec- des films capacitifs par injection sur des pièces
tion une pièce plastique fonctionnalisée par un plastiques, ont ouvert la voie à d’autres déve-
film, selon le procédé illustré ci-dessous. loppements dans le domaine du médical no-
tamment. Le concept d’écran tactile pour le
contrôle des équipements médicaux est très
intéressant et présente de nombreux avan-
tages (facilité d’entretien des surfaces par ab-
sence de boutons).
La technologie de production a été commer-
cialisée dans le domaine de l’automobile par
Engel et ses partenaires technologiques (tels
Démonstrateur console centrale auto-
que Magna Systems). Elle implique des techno-
mobile avec intégration d’un panneau
logies inspirées de la technologie IMD et le dis-
capacitif tactile incurvé réalisé par tech-
positif Clearmelt1 d’Engel pour les revêtements
nologie IML
PUR surmoulés. La technologie est basée sur
des films plastiques fonctionnalisés illustrés ci-
dessous (capteurs et pistes conductrices réa-
lisés par impression, techniques de masquage
et de métallisation).
1 2 3
1:P lacement des étiquettes produites à partir du
film PolyTC sur la coque du moule.
2 : Le film IMD est précisément positionné, le
moule se ferme et l’injection a lieu.
3 : Ejection de la pièce terminée et fonctionnali-
sée, prête à être connectée grâce à l’étiquette.
Source :
Kunststoffe International 6/2014
Films fonctionnalisés utilisés par ENGEL pour intégration
sur pièces plastiques
Source :
Plastics Technology
www.ptonline.com/articles/touch-sensitive-control-surfaces-
the-next-thing-in-medical-technology
(1) https://www.youtube.com/watch?v=v3rXW_u0Wcs
Retour au sommaire Novembre 2016 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I 17La plastronique
Ces développements ont permis à Engel de La technologie plastic electronic
mettre en place une cellule d’injection dédiée à
Le film fonctionnalisé plastic electronic est
cette technologie.
basé sur la technologie multiskin®. Les coûts
de production demeurent compétitifs, ouvrant
la technologie à de nombreux acteurs plastur-
gistes.
Le film se définit comme :
n multicouche,
n constitué en général d’une couche de sur-
face dite «soft touch » et/ou d’un décor, qui
correspond à l’interface utilisateur,
n d’une épaisseur variable selon l’application,
lui permettant de demeurer souple,
n intégrable sur des pièces plastiques par diffé-
Cellule d’injection dédiée à l’intégration par tech- rentes technologies.
nologie IMD des films fonctionnalisés sur support
plastique Les films polyester répondent à ces critères et
sont utilisés pour ce type de fonctionnalisation.
Source : Les films PEN sont également préconisés pour
Plastics Technology leur tenue à la température.
www.ptonline.com/articles/touch-sensitive-control-
surfaces-the-next-thing-in-medical-technology Lorsqu’il n’est pas nécessaire de pratiquer à
la surface du film un assemblage de compo-
Les films peuvent être formés selon de sants, c’est-à-dire lorsque le film n’est utilisé
nombreuses géométries. que pour des boutons capacitifs, un film sup-
n
Les films prédécoupés sont insérés par port PET est suffisant.
un robot sur le premier poste d’un moule
rotatif-cube monté dans une presse à
injection.
n
Le film est surmoulé avec un matériau
de support rigide (PC/ABS dans le cas
de la console de l’automobile).
n
Le moule tourne, et dans le second
poste, la surface avant est surmoulée
Un exemple de film fonctionnalisé laminé par la
avec un revêtement PUR à deux com- technologie multiskin® de la société plastic electro-
posants pour créer une surface brillante. nic comprenant le film de décor, le film central avec
n Un second robot retire les pièces finies.
les LED et le PCB
Source :
Kunststoffe International – 1-2/2015
Le procédé complexe réalise en une seule
opération l’ensemble des étapes d’intégration
du film capacitif sur la pièce plastique. Ce sont
environ une centaine d’étapes d’assemblage
de composants intégrées dans un seul cycle
d’injection.
Pour Engel, cette technologie offre notamment
un potentiel énorme pour le développement
des appareils médicaux, comme :
n les analyseurs sanguins,
n les pompes à insuline,
n les perfusions,
n les dispositifs de thérapie respiratoire.
18 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I Novembre 2016 Retour au sommaireEnjeux technologiques de la conception Des méthodes de production spécifiques
du circuit permettent de rendre les vias conductrices
Le circuit électronique doit être capable de étirables et déformables. Le dépôt en phase
s’adapter aux déformations du film sans vapeur par exemple permet l’application d’une
perdre ses fonctionnalités, notamment sa fine couche de cuivre (moins de 1µm) qui se
conductivité. Pour ce faire des designs spéci- déforme très bien (plus de 70% de déforma-
fiques peuvent être adoptés pour compenser tion). Cette méthode est économiquement très
la déformation. intéressante.
La couche cruciale est celle supportant le cir-
cuit : celle-ci doit être fine, flexible, déformable
et adaptée aux procédés d’assemblage de
composants (pour la soudure notamment).
Le procédé de réalisation du circuit utilise les
technologies :
n
de l’impression,
n
du dépôt métallique en phase vapeur,
n
de lamination de couches de cuivre.
Les pistes conductrices sont conçues
dans cet exemple pour supporter les
Comment ça marche ? changements de longueurs ou les défor-
Les lignes de champ électrique peuvent mations lors de la mise en forme.
être modifiées par introduction d’un objet Plus la couche métallisée est épaisse,
conducteur tel qu’un doigt. Les capteurs plus la capacité à transmettre le courant
capacitifs enregistrent ces changements électrique est grande.
et répondent avec une variation de tension Si une piste de 1µm permet uniquement
qui peut initier une fonction particulière. de transmettre un signal fourni par un
Etant donné que les lignes de champ élec- capteur capacitif, une piste de 18µm
trique pénètrent dans les corps solides non est nécessaire pour une fonctionnalisa-
conducteurs, l’effet de capteur fonctionne tion LED par exemple. Les structures
même au travers d’une couche de surface conductrices transportant des courants
mince, telle qu’un film thermoplastique ou élevés sont constituées d’une épais-
les gants de l’opérateur ! seur plus importante de cuivre, laminée
Le film capacitif contient une conception et structurée par un procédé de gravure
particulière d’arrangements de capteurs. chimique.
Deux structures de la couche conductrice Les composants électroniques sont fixés
sont utilisées, le design du motif conducteur sur le film par brasage basse tempé-
est dans la plupart des cas soit en forme de rature ou par collage grâce à une pâte
bandes, soit en forme de losange : conductrice.
Schéma d’un fonctionnement capacitif / à gauche
le champ électrique est modifié par le doigt de Film plastic electronic : un premier film
l’utilisateur – à droite la conception particulière supporte les LED permettant l’éclairage
backgammon
des zones souhaitées. Celui-ci est re-
Ces motifs conducteurs sont isolés électri- couvert par un second film où se situent
quement (à droite ci-dessus) formant ainsi les motifs métallisés pour le contrôle des
les électrodes d’un condensateur. capteurs capacitifs.
Retour au sommaire Novembre 2016 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I 19La plastronique
1.2.2 Les films du marché
La technologie Touchskin
de la société plastic electronic
La technologie Touchskin de la société plas-
tic electronic1 est aujourd’hui une technologie
d’intégration d’électronique dans les pièces
plastiques par injection en passe de devenir
effective en production. Le procédé consiste
à intégrer des fonctions dans une pièce plas-
tique par surmoulage de deux films polymères Console centrale automobile avec zone de capteurs,
(film fonctionnalisé et film décoratif). déformation 3D du film
Source
Kunststoffe International – 1-2/2015
Le verrou technologique à lever
Les développements à venir de ces technolo-
gies sont basés sur la réalisation de supports
3D, ayant plus de complexité géométrique que
Panneau de contrôle de machine à laver le simple galbe des formes :
intégrant 40 capteurs de contrôle rétro-éclairés
Sources
Kunststoffe International – 1-2/2015
Touchskin en vidéo : http://plastic-electronic.com/blog/
control-panel-washing-machines/
La technologie Multiskin
Elle permet de :
n
réaliser des pistes sur films plastiques PET, En développement : évolution vers des formes 3D
plus marquées
PEN, PP, PC et ABS,
Source
Kunststoffe International – 1-2/2015
Les films DuPont
Les films Kapton® Polyimide de DuPont sont
utilisés comme matériels de substrats. Ils pré-
sentent l’avantage de maintenir leurs proprié-
tés physiques, électriques et mécaniques sur
une large plage de températures. Ils sont dis-
ponibles en différentes épaisseurs.
http://plastic-electronic.com/multiskin-technology/
n r éaliser et intégrer des panneaux tactiles pour
l’automobile, par injection, basée sur la tech-
nologie des moules tournants pour intégrer
les films fonctionnalisés au cours du cycle de
moulage.
(1) http://plastic-electronic.com/blog/touchskin-caught-
on-video/
20 I Et si je mettais de l’intelligence dans mes produits ? I Novembre 2016 Retour au sommaireVous pouvez aussi lire
