L'intégration conduira

Bruce Adams | 29 septembre 2021

L'intégration de l'électronique dans les structures 3D est une tendance croissante qui offre une solution plus sophistiquée que la méthode actuelle d'enrobage des cartes de circuits imprimés rigides, selon la société d'études de marché indépendante IDTechEx. L'électronique dans le moule (IME) est une technologie émergente qui permet d'intégrer l'électronique dans des composants en plastique moulés et thermoformés.

Grâce à l'intégration du toucher capacitif, de l'éclairage et de l'haptique offrant des réductions de taille et de poids allant jusqu'à 70 %, IME peut produire efficacement des interfaces tactiles incurvées. En raison de ces avantages et avec des applications principalement dans les secteurs de l'automobile et des biens de consommation, IDTechEx prévoit que l'IME deviendra un marché de 1,5 milliard de dollars d'ici 2032.

L'IME peut être considéré comme une extension du processus de décoration dans le moule (IMD) plus courant, dans lequel le thermoformage du plastique avec un revêtement décoratif est converti en un composant 3D par moulage par injection. L'IME est une évolution d'une technique existante, de sorte qu'une grande partie de la connaissance des processus existants et des biens d'équipement peut être réutilisée. La fabrication d'une pièce à l'aide d'IME commence par la sérigraphie d'encres thermoformables conductrices, suivie du dépôt d'adhésifs électriquement conducteurs et du montage de composants électroniques, tels que des LED, a déclaré IDTechEx. Des circuits multicouches plus complexes peuvent également être produits en imprimant des encres diélectriques pour permettre des croisements.

Le polycarbonate est généralement préféré pour le substrat thermoformable, selon Matthew Dyson, analyste technologique principal chez IDTechEx.

"Covestro a développé un film en polycarbonate recouvert d'une couche acrylique pour IME (servant de substrat thermoformable), prétendant combiner" les atouts de l'acrylique, tels qu'une résistance élevée aux rayures et aux produits chimiques, avec les avantages de traitement du polycarbonate ", a déclaré Dyson, docteur en philosophie en physique spécialisé dans l'électronique organique. "Le polycarbonate est le plastique le plus courant pour l'étape de moulage par injection, mais en principe, n'importe quel plastique peut être utilisé lorsque la chaleur et la pression requises pour le moulage par injection n'endommagent pas l'électronique. Les plastiques transparents pour le moulage par injection sont souvent utilisés pour servir de guides de lumière pour ces pièces décoratives."

Malgré les similitudes avec l'IMD, il existe de nombreux défis techniques dans l'intégration de l'électronique qui doit résister au thermoformage et au moulage par injection. Un rendement de fabrication très élevé est important car les circuits sont intégrés et une seule panne peut rendre la pièce entière redondante, a déclaré Dyson.

Du côté des matériaux, les encres conductrices, les encres diélectriques et les adhésifs électriquement conducteurs doivent survivre aux étapes de formation et de moulage qui impliquent des températures, une pression et un allongement élevés. De plus, tous les matériaux de la pile doivent être compatibles, c'est pourquoi de nombreux fournisseurs ont développé des portefeuilles d'encres fonctionnelles conçues spécifiquement pour l'IME, a déclaré Dyson.

IME est mieux utilisé dans les cas qui nécessitent une surface tactile décorative, comme les panneaux de commande dans les intérieurs automobiles et sur les appareils de cuisine. Il permet une surface décorative 3D, lisse, essuyable avec un toucher capacitif intégré, un éclairage et même un retour haptique et des antennes, a déclaré Dyson. Alors que les premiers exemples commerciaux commencent à émerger dans le domaine des biens de consommation, l'adoption dans les intérieurs de véhicules a été retardée en raison du COVID-19. La lenteur de l'adoption dans l'automobile est également attribuée à la fois aux défis de répondre aux exigences de qualification automobile et à la disponibilité d'alternatives moins sophistiquées, telles que l'application de films fonctionnels sur des pièces thermoformées.

Malgré ce revers, le marché commence à changer, les fournisseurs d'équipements développant des capacités spécialisées et les projets de développement arrivant à leur terme.

"Le secteur dominant devrait être celui des intérieurs automobiles, avec des cas d'utilisation tels que les consoles suspendues, les commutateurs de fenêtre, les consoles centrales et les commandes au volant", a déclaré Dyson. "La sensibilité tactile est obtenue via des changements de capacité. D'autres secteurs d'application incluent les appareils électroménagers (tels que le panneau de commande des machines à laver) et d'autres appareils de comptoir."

"Les dispositifs médicaux sont une autre possibilité. Les avantages de l'IME par rapport aux interrupteurs mécaniques conventionnels sont un poids réduit, moins de pièces, un volume réduit, un extérieur lisse/essuyable, la durabilité du composant final (pas de pièces mobiles) et la facilité d'intégration de l'éclairage", a-t-il déclaré. "Le poids réduit est particulièrement souhaitable dans les secteurs de l'automobile (et potentiellement de l'aérospatiale). L'IME facilite également le" versioning ", car l'extérieur décoratif et l'électronique peuvent être facilement modifiés tout en conservant les mêmes moules."

Actuellement, l'IME avec des composants électroniques montés sur une surface plane avant le thermoformage est une technologie émergente qui n'est pas largement utilisée. Mais il y a des exceptions.

« Il existe des exemples commerciaux dans le domaine public, comme la serrure intelligente Shepard, a déclaré Dyson. Cependant, d'autres méthodes de fabrication connexes, telles que l'application d'un film avec des traces conductrices sur le plastique thermoformé, sont plus établies, a-t-il ajouté. méthodes de traitement utilisées.

L'objectif à long terme pour IME est de devenir une technologie de plate-forme établie, similaire aux PCB rigides d'aujourd'hui, a déclaré Dyson. Une fois cet objectif atteint, la production d'un composant/circuit sera une simple question d'envoi d'un fichier de conception électronique, plutôt que le processus coûteux de consultation avec des spécialistes IME, comme cela est actuellement requis. Au fur et à mesure que cette technologie sera acceptée, elle nécessitera des règles de conception claires, des matériaux conformes aux normes établies et le développement d'outils de conception électronique, a-t-il ajouté.

Un rapport mis à jour complet d'IDTechEx, "In-Mold Electronics 2022-2032: Technology, Market Forecasts, Players", couvre les solutions commerciales et émergentes des principaux acteurs à mesure que l'IME progresse de la R&D à l'adoption généralisée dans de multiples secteurs d'application. Il identifie également les principaux goulots d'étranglement et les opportunités d'innovation, ainsi que les technologies émergentes associées à l'IME, telles que les encres thermoformables sans particules.

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