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Impression par jet d'aérosol pour l'intégration de pistes conductrices sur des pièces plastiques injectées

TOPPRINT project

David Dumas, Larbi ArbaouiPolymeric Processes & Composite Tech leader

Contact: david.dumas@cenaero.be

Doc. ref.: PLASTIWIN-NS-001-00

PLASTIWIN - 12/05/2016

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Contexte du projet TOPPRINT

• Projet de recherche collaborative : co-financée par la région

• Durée: 2 ans– Janvier 2015 – Décembre 2016

• 4 partenaires– Sirris– CRM– MicroSys (ULG)– Cenaero

• Objectifs– Fonctionalisation de pièces industrielles 3D via d'intégration de circuit électronique

par méthode d'impression par jet d'aérosol

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Motivations & Contexte industriel

• Domaine de la plastronique– Couplage des procédés plastique et de l'électronique– Objets “intelligents”: composants électroniques intégrées au coeur / en surface de

pièces plastiques injectées

• Intérêt pour l'industrie– Flexibilité

• Couplage des fonctions électronique / mécanique et optique• Flexibilité géométrique• Miniaturisation

– Coûts• transformation de l'étape de l'assemblage• Réduction du nombre de composants• Augmentation de la qualité

– Environmental benefits• Recyclage toujours possible• Diminution du poids

• Technologies de pointe– Pièces moulées interconnectées

• Intégration de l'électronique dans la pièce thermoplastique injectée• Coût important au niveau des licenses d'utilisation• Coût d'investissement important

– Impression de circuits électroniques

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Comparatif de technologies dans la plastronique

3D Molded Interconnect Devices• Advantages & Drawbacks :

– Integration of mechanical and electronic functions

– Miniaturization / optimized installation space

– Chemical processing for metallization required

– Limited multilayer options– Limited range of substrate materials due

to structuring/metallization process

• Manufacturing processes– Laser Direct Structuring– Two shot molding

Printed Electronics• Advantages & Drawbacks :

– Additive processing– Broad range of printable materials:

(semi-)conductive, isolating and dielectric– No specific substrate required– Current process adapted to planar

substrate – Long term reliability of printed structures

• Manufacturing processes– InkJet printing– Roll to roll printing process (Gravure, offset

and flexographic)

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Procédé d'impression par aérosol

• Impression aérosol + frittage sélectif– Importance de la maitrise de la thermique– Bonne adhésion et tenue à assurer

• Apports au procédés– Maîtriser l'étape de frittage (paramètres laser)– Caractérisation thermique de l'encre chargée en

particules d'argent• Assurer une bonne connaissance de la conductivité• Evacuation du solvent

Film printing Printing positioning in mold Injection molding Part ejection Film detachment/Circuit transfer

Sintering

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Apport de la simulation

• Analyse par homogénéisation des propriétés par modèle local– Etude d'influence de la taille de particules– Etude d'influence de la distribution de particules

0 0,25 0,5 0,75 10,04

0,45

4,5

45

450

Effective Thermal Conductivity

Maxwell-Garnet Approxima-tion

Bruggoman model

Xfem Computation VER: 1 particle

Xfem Computation VER: 4 particles

Xfem Computation VER : 400 particules

Volume Fraction

K– Analyse à l'échelle de la piste de l'électronique

pour adapter le procédé au substrat