Un nouveau système à jet d'encre pourrait permettre à l'électronique imprimée de passer au niveau supérieur

La technologie innovante d'impression électrostatique (ESJET) supprime l'un des obstacles qui empêchait l'industrie d'adopter pleinement la fabrication additive imprimée. À savoir, l'absence d'encres fonctionnelles appropriées.


L'électronique imprimée (PE) peut potentiellement apporter un changement radical à l'industrie électronique. Mais la technologie des encres, qui n'a pas encore atteint la résolution ou la viscosité nécessaire, constitue un obstacle à cet avènement. La gamme d'encres fonctionnelles imprimables ainsi que la résolution et les propriétés finales des structures et composants imprimés/frittés restent limitées.

Le projet Hi-Response (Innovative High Resolution Electro-Static printing of Multifunctional Materials) financé par l'UE, est basé sur le brevet ESJET qui intègre un système d'adaptation à une et plusieurs têtes permettant d'obtenir une résolution, des vitesses et une rentabilité d'impression bien supérieures aux systèmes à jet d'encre actuels.

Le système ESJET

Pour expliquer le fonctionnement d'ESJET, l'équipe décrit un système alimentant un réservoir qui contient l'encre à déposer, un tuyau de sortie capillaire et une tige de charge reliée à une alimentation haute tension, avec son extrémité à l'entrée du tuyau de sortie. La tige de charge maintient un potentiel de champ électrique entre le fluide dans le réservoir et les gouttelettes sortant de l'émetteur qui se déposent sur le substrat. Pour libérer les gouttes d'encre, le potentiel de champ électrique est modifié par une quantité définie de tension contrôlée.

Le système ESJET peut imprimer à une résolution de 1 micromètre avec des viscosités pouvant atteindre 40 000 centipoises, ce qui signifie qu'il peut imprimer des nano-encres hautement chargées et des matériaux organiques fonctionnels. Les structures imprimées/frittées qui en résultent peuvent atteindre une haute résolution avec des propriétés de composants de haute qualité.

Le système a fait ses preuves pour une large gamme de matériaux, notamment: les encres et pâtes chargées au nano-cuivre, nano-argent et autres nano-céramiques. Ces matériaux peuvent être utilisés pour des structures d'électrodes (aussi petites que 0,5 à 10 micromètres de large), des semi-conducteurs, des polymères organiques diélectriques et des encres organo-métalliques réactives.

"C'est étrange, mais la joie que procure l'impression de lignes conductrices invisibles à l'œil humain est indescriptible. C'est là que je réalise que nous tenons réellement quelque chose", déclare le Dr Pufinji Maclean Obene, coordinateur du projet.

Pour atteindre son objectif, Hi-Response a imprimé ces matériaux pour créer des composants comme: des antennes et capteurs automobiles flexibles, des écrans tactiles, des éléments chauffants flexibles pour les radômes (les dômes de protection radar) dans les véhicules électriques et les treillis métalliques pour les diodes électroluminescentes organiques (OLED) utilisées dans les affichages numériques.

Le Dr Obene ajoute "nous sommes ravis d'annoncer que nous utiliserons également le système ESJET pour le dépôt d'affichages à points quantiques (QLED) pour les téléphones mobiles et pour l'impression des très petits transistors, ainsi que pour la fabrication de microprocesseurs entièrement imprimés pour les systèmes microélectromécaniques (MEM) utilisés en particulier dans les appareils médicaux".

Exploiter une lacune du marché

Hi-Response soutient la stratégie industrielle globale de l'UE en optimisant l'efficacité et les coûts de fabrication, tout en créant des emplois. En outre, le projet contribue à la gestion environnementale globale par son économie des énergies et des émissions de gaz à effet de serre dans son processus de fabrication.

À ce jour, au vu de l'exploitation de la technologie Hi-Response dans différentes applications, le consortium estime que leur marché représente un potentiel annuel de 566 millions d'euros.

Pour passer au niveau supérieur de la commercialisation, l'équipe se concentre sur quelques composants spécifiques. Il s'agit principalement du développement de pixels QLED de 3 micromètres, d'applications pour l'électronique organique et grande surface (OLAE), ainsi que de capteurs et de dispositifs MEM, autant de domaines clés de la "quatrième révolution industrielle".

"Ce domaine est actuellement limité par le temps, le personnel et les fonds de recherche et de développement", explique le Dr Obene. "Mais les opportunités en matière de propriété intellectuelle sont incroyables, alors nous sommes toutes voiles dehors!".


Pour plus d'information voir: projet Hi-Response