E � � E � � � � E E � � � � � � � � � � � E � � � � � � � � E E � PLASTURGIE ET COMPOSITES
3D-MID
Apporter de l’intelligence
aux pièces plastiques 3D
grâce à l’électronique
C � � � � � projet R&D – BU Process & Outillages
Pôle Européen de Plasturgie
2 rue Pierre et Marie Curie
01100 BELLIGNAT
Tel: +33 4 74 81 34 00
Journée technique
Produits en matériaux polymères intelligents22 septembre 2015 – Clermont-Ferrand (63)
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ! � " � # $ � � � PLASTURGIE ET COMPOSITES
I – Le PEP
II – Produits plastiques intelligents: les 3D-MID
III – Les 3D-MID par surmoulage d’électronique flexible
IV – Conclusion
S % & & ' ( ) *
+ , - + . / 0 1 + + / 0 2 2 3 4 5 / 0 3 2 / + 6 7 2 3 8 3 9 0 : ; + + 2 PLASTURGIE ET COMPOSITES
I – Le PEP
< = > < ? @ A B < < @ A D D F G H @ A F D @ < I J D F K F L A M N < < D PLASTURGIE ET COMPOSITESEXPERTISE ET INNOVATION TECHNOLOGIQUE EN PLASTURGIE ET COMPOSITES
Votre partenaire en Europe pour le
développement et l’innovation au service
de la plasturgie et des composites
O P Q O R T U V O O T U W W X Y Z T U X W T O [ \ W X ] X ^ U _ ` O O W PLASTURGIE ET COMPOSITES
Centre technique et d’innovation en plasturgie et composites
a b c d e f g h d d i g i j d k f g l i m d h f n d e o l c p q h f g r s d h t
a b c d e f g h d d i k l o c l h g f d h t
u h g f d h v w x l i i q b d f p d y l s e z d f m s { q k t
| z e } } ~ e } m g f � o c � f � d k n d e k n d � ~ � � � t
~ d e f g � g } � � w � � � � - v2008 et ISO 17025 (laboratoire Le Bourget).
Objectif :
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
disposition de moyens technologiques pour les industriels (plateformes).
Stratégie :
� d k n d e k n d o s f s q p g h } d d f m } o q e k n d m d c p q f d � l e o d t
80 collaborateurs (chercheurs, ingénieurs, techniciens)
� � � � ¡ ¢ £ £ � ¡ ¤ ¥ ¤ ¦ ¥ � ¡ § ¨ © � ª « � ª « � ¬ � � ¢ ® � ¯ ¡ ¤ � � ª « � ª « � ° ±
Chiffre d’affaires 2014 : 9 M€
² � ³ d i � d k n d e k n d ´ µ } ¶ d p l c c d o d i f � h l s h k l i f e q f l s k l p p q · l e q f g � �
¸ � ³ d i h d e ¶ g k d h q s b d i f e d c e g h d h
¹ º » ¼ ½CHIFFRES CLES
.
oratoire LLLe B
¾ ¿ ¿ À Á
 à à Á Ä Å Æ Ã
Ç È É Ê Ë È
Ì ¾
Í Î Á Ï Å Ë Å Æ É ¿ Ï Ì ¾ Ç È É Ê Ë È
Ð Ñ Ñ Ò 45 1,9 M € 4,2 M €
2008 50 2,4 M € 4,8 M €
2009 46 1,8 M € 4,6 M €
2010 48 2,6 M € 5,9 M €
2011 55 3 M € 6,3 M €
2012 55 3,5 M € 6,7 M €
2013 75 4,7 8,2 M€
2014 80 5,5 9 M€
Ó Ô Õ Ó Ö × Ø Ù Ó Ó × Ø Ú Ú Û Ü Ý × Ø Û Ú × Ó Þ ß Ú Û à Û á Ø â ã Ó Ó Ú PLASTURGIE ET COMPOSITES
ä å æ ç è é ê ëMARCHES
ì í îì í î
ï í î
ð îí î
ì ì î
ñ ò ó ô õ ô ö ÷ ø ù
ú û ü ý þ ú ÿ A � � ÿ û �
D û � û þ � û
M û D � � ú �
û M E ú � � ú � û
C ô � � ù C ó ÷ ò ù
D � û ü �
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � PLASTURGIE ET COMPOSITES
� � � � CHIFFRES CLES
Plastronique:
� Laser Direct Structuring (LDS)
– Injection bi-matière
– Surmoulage d’électronique imprimée / flexible
– Métallisation totale
– Plasma
! " # ! $ % & ' ! ! % & ( ( ) * + % & ) ( % ! , - ( ) . ) / & 0 1 ! ! ( PLASTURGIE ET COMPOSITES
II – Produits plastiques
intelligents: les 3D-MID
2 3 4 2 5 6 7 8 2 2 6 7 9 9 : ; < 6 7 : 9 6 2 = > 9 : ? : @ 7 B F 2 2 9 PLASTURGIE ET COMPOSITES
Produits plastiques intelligents:
p G H I J p K L N O G P Q J 3D qui intègre en surface ou en volume des fonctions « intelligentes », pour interagir
avec son environnement
f R S T U V R S S W X V U Y Z W [ composants électroniques ou matériaux « actifs »
Un challenge pour l’industrie de la plasturgie, en Europe et en France :
h \ ] ^ _ ` \ a _ ] b \ c d ] ^ e _ , du matériau au produit final, en passant par les procédés et les outillages
3D-MID : 3D - Molded Interconnect Devices
g V i T j Z X W k U V l m j V S n j T U Y j o W q j T r Y U W X X V k W U V R S k Y X j T U V q j s j k m [ f W T j o Z R m [ W k k R T V j [ t
• la fonction mécanique (substrat / support)
• la fonction électronique (composants passifs ou actifs)
• la fonction packaging (protection, ergonomie, étanchéité)
Produits plastiques intelligentsII. u v -MID
w x y y z { | } ~ 3D-MID Circuit 3D
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � PLASTURGIE ET COMPOSITES
Principaux avantages des 3D-MID:
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ¡ ¢ � � � � � ¡ � � �
£ ¤ ¥ ¤ ¦ § ¨ © ¤ ª ¦ § ¤ « ¥
¬ ¤ ® © § ¯ ° ® ° ® ª ¤ ± ¥
² ¯ ° ¨ ³ § ¤ « ¥ ° ® ª ¦ ª ª ® ´ µ ¦ ± ® ª
¶ ¨ · · © ® ª ª ¤ « ¥ ° ® ª ³ ¸ µ ® ª
² ¯ ° ¨ ³ § ¤ « ¥ ° ® · « ¤ ° ª
¹ µ ® º ¤ ¤ µ ¤ § ¯ ° ¨ · © « ³ ® ª ª
» ¼ ½ ¾ ¿ À ½ Á Â À ½ Á ¾ Ã Ä Å Æ Ç À Â Â Å ¿ È Æ À É Å Ê Æ Å Ë ½ Ì ¾ Ã Á Í ¼ Å
Î « ´ ¤ ¥ ¦ ¤ ª « ¥ ° ® Ï « ¥ ³ § ¤ « ¥ ª ® ª § Ð ¯ § ¤ Ñ ¨ ® ª ® § § ® ³ Ð ¥ ¤ Ñ ¨ ® ª
Ò Ó Ô Õ Ö Õ × Ø Ô Õ Ù Ú Û Ü Ý Ù Þ Ô ß à Ù á Ø à Û â à ã Ù á ä â Ô
Produits plastiques intelligentsII. å æ ç è é ç ê ë ì ë éapplications
Principales fonctions / applicationsí ¥ § ® ¥ ¥ ® ª
Î ¦ · § ® ¨ © ª
î � � � � � � � ï î ð
ñ ¤ ª § ® ª ò ñ Î ó ô õ
¬ « ± ® ´ ® ¥ § ª ° ® · ¤ µ ® ª
í ¥ § ¤ ¤ ¥ § © ¨ ª ¤ « ¥
ó µ ¤ ¥ ° ¦ ± ® ö £
Î « ¥ ¥ ® ³ § ® ¨ © ª ò ÷ ¥ § ® © ³ « ¥ ¥ ® º ¤ « ¥ ª ô õ
Î Ð ¦ ¨ Ï Ï ® µ « ³ ¦ µ ¤ ª ¯ ®
õ ¯ ³ « © ø ° « © ¨ © ® ª ù · ® © ª « ¥ ¥ ¦ µ ¤ ª ¦ µ ® ª
ú û ü ü û ý û BMWþ ÿ A � ÿ ÿ � � � � � Nexus 5
M � � � � � � � pour prothèse auditive
E � E � � � � E E � � � � � � � � � � � � E � � � � � � � � � � E E � PLASTURGIE ET COMPOSITES
Injection bi-matière
P � � � ! !
• Injection bi-matière = masque 3D
• Activation chimique de la matière métallisable
• Métallisation chimique Cu
• Finition de surface (Ni+Au, Ag, Sn)
P � " # � " $ % & ' % ( % # ) % * !
• Process rapide
• Adapté à la très grande série
I # � � # ( + # " # ) !
• Outillages couteux
• Peu de flexibilité (modification de géométrie, etc.)
• Essentiellement pour applications signal
T , - . / 0 1 0 2 3 , 4II.
C 5 6 7 8 9 : ; 8 6 : 8 < < = > ? @ B > < D F G H
� gain en volume: 50%
• gain en coût : 30%
Produits plastiques intelligents
Injection de la matière métallisable
Injection de la matière non-métallisable
Activation de la matière métallisable
Métallisation sélective
Traitement de surface
J K L J N O Q R J J O Q S S U V W O Q U S O J X Y S U Z U [ Q \ ] J J S PLASTURGIE ET COMPOSITES
^ _ ` a b c d c e f _ gII.
Laser Direct Structuring : le procédé LPKF-LDS®
h i j k l m m
• Injection mono-matière, avec matériau compatible
• Activation laser 3D
• Métallisation chimique Cu
• Finition de surface: Ni+Au, Ag, Sn
h i n o k n p q r s q t q o u q v l m
• Flexibilité du process: possibilité de versioning
• Du prototypage à la grande série
w o k j o t x o n l o u m
• Nécessite des matériaux compatibles (validés par le fabricant)
• Essentiellement pour applications signal
Injection
Activation laser
Dépôt Cu chimique
Dépôt Au chimique
t)
Dépôt Ni chimique
Report de composants
(CMS, flip-chip)
y z { y | } ~ � y y } ~ � � � � � } ~ � � } y � � � � � � � ~ � � y y � PLASTURGIE ET COMPOSITES
� � � � � � � � � � � �II.
Plasmacoat 3D
� � � � � � �
• Injection plastique (mono- ou bi-matière)
• Application d’une laque temporaire, par peinture ou sérigraphie
• Structuration laser de la laque temporaire
• Métallisation par plasma
• Nettoyage
� � � � � � ¡ ¢ £ ¡ ¤ ¡ � ¥ ¡ ¦ §
• Métallisation par voie sèche
• Applicable à différents types de surface
• Possibilité de dépôts d’épaisseur importante: applications puissance ou thermique
¨ © ¤ § ª « § ¬ § � ¥ § � ¡ � ¥ § � ¡ � � ¡ ¥ ¡ ¤ § � � ª ¡ ¬ ¡ ® � � « ¤ ¡ ¥ � « � § ¥ ¯ ° �
± ² ³ ± ´ µ ¶ · ± ± µ ¶ ¸ ¸ ¹ º » µ ¶ ¹ ¸ µ ± ¼ ½ ¸ ¹ ¾ ¹ ¿ ¶ À Á ± ± ¸ PLASTURGIE ET COMPOSITES
Â Ã Ä Å Æ Ç È Ç É Ê Ã Ë
Interconnexion mécanique
Report de composants: les 3D-MID sont compatibles avec les technologies existantes
d’interconnexion
Ì Í Î Ï Í Ð Ñ Ò Ó Ð Î Í Ò Ó Ô Ð Õ Ò Ð Ö × Ø Ñ Ì Õ Ù Ú Û Ü Ý
• par encre conductrice
• par reflow
Þ ß à á Þ â ã ß à ä å ß æ æ ä Þ ç è é
• die attach et wire bonding
• technologie flip-chip
ê ß æ ë é -MID peuvent être assemblés sur les PCB
Possibilité de réaliser des « vias »
II.
ì í î ï ð ñ ò ó í ô ð õ
Source: Harting
Source: Harting
Source: HSG-IMAT Source: Festo
ö ÷ ø ö ù ú û ü ö ö ú û ý ý þ ÿ E ú û þ ý ú ö � � ý þ � þ � û � � ö ö ý PLASTURGIE ET COMPOSITES
III – Les 3D-MID par
surmoulage
d’électronique flexible
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � PLASTURGIE ET COMPOSITES
L’électronique flexible et imprimée: une technologie …
� � � � � � � � � �
• fonctions non réalisables par les technologies standards
� grande surface
• surfaces sensibles ou actives
• conformable, flexible, robuste
� � � � -coût
• procédés Roll-to-roll
! " # $ % & # ' ( ) * + , ' * - ' ! % ' . ) ' ! / ( " % " 0 + ' . . + % + ! + 1 #• intégration hybride de technologies sur des substrats flexibles
III. 2 3 4 5 6 7 8 9 : ; < 4flexible
A = = > ? @ B C D = F B G > H F B (Source: Plastic Logic)
I J K L B C D M ° (Source: Thin Film)
N O P Q R O S T U V W O X U V
Puce silicium
amincie
Batterie, OPV
Capteurs / transistors / afficheurs
imprimés
Y Z [ Y \ ] ^ _ Y Y ] ^ ` ` a b c ] ^ a ` ] Y d e ` a f a g ^ h i Y Y ` PLASTURGIE ET COMPOSITES
j k k l m n o p m q r s
Quelques applications
é t u v w x v y z { | } ~
t v � � z � x � � � � � � � � u � v � � � z � � x y v � w � � z �
v � � w t � z � x � � é t x v � � � � � � u z �
t � � � � � v � � � et fonctions électroniques
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
�
III.
� � � � � � � ¡ OLED (source: LG)
Ecran flexible (Source: e-ink)¢ � £ ¤ ¡ ¥ � ¦ § ¨ © � ¡ ª � « � ¡ ¬ Source: VTT)
� ¤ � ¥ ¡ ¤ ¤ ¡ � ® ¤ ¡ � � � ¡ ® ¤ ¡ (Source: Thinfilm)
¯ ° ± ¯ ² ³ ´ µ ¯ ¯ ³ ´ ¶ ¶ · ¸ ¹ ³ ´ · ¶ ³ ¯ º » ¶ · ¼ · ½ ´ ¾ ¿ ¯ ¯ ¶ PLASTURGIE ET COMPOSITES
À Á Â Ã Ä Å Æ Â Ç È Á
Problématique
É Ê Ë Ì Í Î Ï Ë É Ð Ê Ñ Ë É Ê Ë Ñ Î Ò Ð Ê Ê Ñ Ó É Ð Ê Ô Õ Ì Ö Ñ Ò Ë Î Ð Ê É × Ø Ñ Ù Ö Ñ Ó É Ú Ö Ñ Ô Ï Ê Û Ö Ñ Û Ü Î Ð Ô Ø É Ë Û Ü Ö Ï Û Ë É × Ø Ñ Û É Ê Ë Ñ Ö Ö É Í Ñ Ê Ë Û Ý
• solution standard:
è nouvelle approche :
III.
Þ ß à á â ã ä å æ ç è à ê ß à ë æ ì ß à Connecteur Electronique sur PCB Boitier
Þ ß à á â ã ä å æ ç è à ê ß à ë æ ì ß à 3D-MID
í î ï í ð ñ ò ó í í ñ ò ô ô õ ö ÷ ñ ò õ ô ñ í ø ù ô õ ú õ û ò ü ý í í ô PLASTURGIE ET COMPOSITES
PICTIC: Plateforme d’Impression de Composants pour les Technologies de l’Information et
les Capteurs
þ ÿ D � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ÿ � � � � � � � � � ÿ � � � � � � � � �
flexible dans les produits plastiques
O � � � � � � � �
• amener les technologies de l’électronique imprimée des laboratoires à l’échelle industrielle
• optimiser les procédés d’impression et les transférer sur des lignes pilotes industrielles
• mettre à la disposition des industriels un service de prototypage d’électronique imprimée
L � � � � � � � � � � � � � �
• CEA-LITEN: technologies d’impression
• PEP: technologies de surmoulage et d’interconnexion
P � ! � III.
E " # E $ % & ' E E % & ( ( ) * + % & ) ( % E , - ( ) . ) / & 0 1 E E ( PLASTURGIE ET COMPOSITES
2 3 4 5 3 4
La plateforme PICTIC au CEA-LITEN
6 7 8 9 : ; < = > ? ? < @ ? > A B C <
F G H I J K J M N Q R S T T Q -à-feuille: 320 x 380 mm
U V 9 @ W < X = < = technologies d’impression disponibles:
spin-coating, sputtering, plasma, screen-printing,
ultrasonic spray, gravure printing, inkjet printing, digital
aerosol jet printing, slot-die coating, mask projection laser
Y Z [ < = ; < fonctions réalisées: capteurs (T°, pression, …),
afficheurs, batterires, cellules PV, fonctions logiques
La plateforme PICTIC au PEP
F G H I J K J de surmoulage: presse mixte horizontale /
vertical, technologie de vide, technologies chaud/froid
\ J ] ^ T T S M ^ ] S H _ sélective: laser LDS-LPKF, ligne de
métallisation chimique
` ^ G ^ I ] J G S M ^ ] S H _ : laboratoire d’analyse physico-chimique,
microscopie confocale
III.
a b c a d e f g a a e f h h i j k e f i h e a l m h i n i o f p q a a h PLASTURGIE ET COMPOSITES
r s t u s t
Démonstrateur hexagone
v w x y z { | }
• fonctions unitaires sur substrat flexible
• surmoulage avec un polymère compatible LDS
• mise en œuvre de technologie MID pour l’interconnexion film / pièce injectée
• assemblage d’Hexagones pour réaliser un système complexe
~ � � x y � { � � � y � � � � z x � z � }
• compatibilité des matériaux: adhésion, compatibilité avec le procédé, survie des fonctions, …
• procédés d’interconnexion: procédé LDS
• assemblage: fonctionnalité
III.
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � PLASTURGIE ET COMPOSITES
� � � � � � �
TERASEL: T e ra s el
� ¡ ¢ £ ¤ ¥ ¦ §
• réalisation de circuits électroniques 2,5D rigides pour des applications
automobiles, éclairage, équipements ménagers, etc.
¨ © © ª « £ ¬ ¢ §
• Réalisation de circuits électronique 2D à l’aide de technologies « conventionnelles »
• Encapsulation à l’aide de polymères thermoplastiques
• Mise en forme 2,5D par thermoformage et surmoulage
® ¯ ° ± ¯ ² ³ ´
• Ergonomie améliorée, sécurité augmentée, complexité réduite, produits « propres »
III.
µ ¶ · µ ¸ ¹ º » µ µ ¹ º ¼ ¼ ½ ¾ ¿ ¹ º ½ ¼ ¹ µ À Á ¼ ½ Â ½ Ã º Ä Å µ µ ¼ PLASTURGIE ET COMPOSITES
Æ Ç È É Ê Ç Ë
Technologies électroniques
Ì Í Î Ï Í Ð Ñ Ò Ó Ô Ï Moulded Interconnect technology (SMI)
• basé sur les technologies PCB
• fabrication sur support temporaire, puis encapsulation
Õ Ö × Ø Ö Ù Ú Û Ü Ý Ø Circuit Board technology (SCB)
• basé sur les technologies PCB
• fabrication directe sur substrat polymère
Õ Ö × Ø Ö Ù Ú Û Ü Ý Ø Plastic Film technology (SPF)
• basé sur l’impression d’encre conductrice
• fabrication directe sur substrat polymère
Technologies de mise en forme
Þ ß à á â ã ä ã á â å æ à
• vacuum forming
• high pressure forming
Õ ç × è é ç Ý Û ê Ø
• basé sur l’In-mould Labelling
III.
ë ì í ë î ï ð ñ ë ë ï ð ò ò ó ô õ ï ð ó ò ï ë ö ÷ ò ó ø ó ù ð ú û ë ë ò PLASTURGIE ET COMPOSITES
ü ý þ ÿ T ý �
Challenges liés au surmoulage d’électronique flexible
C � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
• adhésion film / polymère injecté
• survie des pistes conductrices à l’injection
• survie des composants électroniques à l’injection
M � � � � � � � � � � � � � � � � �
• anticipation de l’étirement des pistes métalliques
• adaptation des designs (serpentins, etc.)
III.
E � � E � � � � E E � � � � � � � � � � � � E � � � � � � � ! " E E � PLASTURGIE ET COMPOSITES
IV – Conclusion
# $ % # & ' ( ) # # ' ( * * + , - ' ( + * ' # . / * + 0 + 1 ( 2 3 # # * PLASTURGIE ET COMPOSITES
Un fort potentiel pour l’intégration d’électronique flexible / imprimée dans les produits
plastiques intelligents
A 4 4 5 6 7 8 9 : ; < = 7 > ; < < ? @ > 7 B D F 6 ? < 8 9 D D G 6 : ? = 9 D ? G H > I = 9 D H @ ? D 7 > J G 9 D
K ; < = 7 > ; < D B @ 9 = 7 6 ; < > J G 9 D L N ? D -coût
O P -mould labelling de films fonctionnels
Des verrous restent néanmoins à lever
� Assurer l’intégrité des fonctions électroniques dans le temps
• Optimiser les technologies d’interconnexion par la combinaison de procédés
è tirer parti du meilleur des technologies de l’électronique, de la plasturgie, et des 3D-MID pour créer les produits
plastiques intelligents de demain
IV.
Q R S Q U V W X Q Q V W Y Y Z [ \ V W Z Y V Q ] ^ Y Z _ Z ` W a b Q Q Y PLASTURGIE ET COMPOSITES
2, rue Pierre et Marie Curie
BP 1204 – Bellignat
01117 Oyonnax Cedex – France
( : +33 (0) 4 74 81 92 60
7: +33 (0) 4 74 81 92 61
www.poleplasturgie.com
cdef
ghij
khkl
mnon
–O
livie
r G
UE
RR
IN P
HO
TO
GR
AP
HE
-L
PK
F
Merci pour votre attention