L’imprimé a pour vocation depuis ses débuts d’apporter un message, une information, et grâce à l’évolution des moyens et des technologies, de pouvoir être dupliqué en un (très) grand nombre d’exemplaires. De plus, l’impression est désormais possible sur une variété de supports et avec un large choix d’encres.

Lorsque l’on parle de techniques pour rendre le papier intelligent, il est impossible de ne pas évoquer l’électronique imprimée. Ce terme peut être défini par « l’impression de composants électroniques sur des supports tels que le papier, le plastique ou le textile en utilisant des procédés d’impression standard tels que la sérigraphie, la flexographie, l’héliographie et l’offset » comme l’écrit Mathieu Fenoll, docteur à l’institut national polytechnique de Grenoble (INP).

Voici les différentes méthodes permettant l’électronique imprimée…

La sérigraphie

Afficher l'image d'origine

Il s’agit avant tout d’un procédé industriel (souvent utilisé dans le domaine du textile pour imprimer des motifs complexes) dont le principe est celui du pochoir: un écran de tissu  possédant un maillage très fin est recouvert d’une résine photosensible. Celle-ci durcit sous l’effet du rayonnement UV; les mailles du tissu sont bouchées seulement aux endroits voulus grâce à un film qui protège des UV les endroits à ne pas boucher. Le surplus de résine est ensuite enlevé avec de l’eau. . Le support à imprimer est disposé sous l’écran dans la machine. L’encre est étalée sur l’écran au moyen d’une contre-racle, puis la racle fait pression sur celui-ci afin que l’encre puisse passer au travers du maillage et ainsi faire apparaître les motifs sur le support.

La sérigraphie est aujourd’hui l’un des procédés les plus employés pour l’électronique imprimé, car…
-Elle s’adapte à une variété de supports.
-Elle permet de déposer un film d’encre très fin, d’une épaisseur allant de 20 à 100 μm.
-Elle obtient de bons résultats de conductivité et de régularité.
Cependant, elle possède des limites non négligeables…

-Il s’agit d’un procédé lent et peu rentable (moins de 800 feuilles par heure).
-La résolution reste faible (50 lignes imprimées par centimètre), ce qui entraîne une restriction en terme de miniaturisation des composants électroniques, où une très haute précision est requise.

Le jet d’encre

Il existe deux types de jets d’encre: le « jet d’encre continu », apparu en premier, et la « goutte la demande », qui a vu le jour à la fin des années 70.

Le jet continu:

Sous l’effet d’une pression de 3 à 4 bars, l’encre est éjectée en continu par une buse. Des gouttes se forment: cela est dû à la vitesse d’éjection , créant des instabilités mécaniques dans le jet. Les gouttes se séparent de manière électrostatique: en sortant de la buse, elles peuvent être chargées électriquement ou non en passant près d’une électrode. On distingue deux types de procédés par la suite: la déflexion binaire et la déflexion analogique.
Dans la première, ce sont les gouttes non chargées qui sont déposées sur le support pour former le motif; les gouttes chargées, elles, sont déviées vers une gouttière afin d’être recyclées.
Dans la seconde, c’est l’exact inverse: les gouttes non chargées sont récupérées dans la gouttière, et les gouttes chargées servent à imprimer.

La goutte à la demande:

Contrairement au jet continu qui n’utilise qu’une partie des gouttes émises pour former le motif sur le support, la goutte à la demande (ou DOD: Drop On Demand) adapte la quantité d’encre utilisée à celle requise pour l’imprimé final. Ce procédé est donc plus simple, mais bien moins rapide que le précédent.
La goutte est expulsée ici sous l’effet d’une pression exercée à l’intérieur d’un micro-volume d’encre. La goutte est le plus souvent formée grâce à la déformation d’un cristal piézoélectrique à l’intérieur de la buse.

Avantages et inconvénients pour l’électronique imprimée:

  • Ce procédé a l’avantage de déposer des gouttes très petites (inférieures à 10 pico litres), ce qui confère une précision et une netteté au circuit imprimé et permet d’envisager un tas d’applications dans le domaine des nanotechnologies.
  • Le jet d’encre n’est généralement pas utilisé pour l’impression à base d’encres métalliques (contenant des particules de métal dont la taille peut avoisiner le micron) car le risque de boucher les buses est élevé. À la place, des encres polymères sont utilisées (nous verrons plus tard en quoi elles diffèrent l’une de l’autre, et le rôle déterminant qu’elles possèdent dans le cadre de l’électronique imprimée).
  • Contrairement à la sérigraphie, le jet d’encre est un procédé d’impression direct: l’encre est immédiatement déposée sur le support. Cela peut être un avantage en terme de rapidité, mais également un inconvénient en terme de précision; des décalages sont occasionnés cause d’un mauvais positionnement de la goutte.

L’offset

Ce qui différencie ce procédé des autres est surtout le fait que l’imprimé soit formé sur une surface plane et cylindrique, appelée « plaque ». Cette plaque est mise au contact du blanchet, une surface en caoutchouc servant d’intermédiaire entre la plaque et le cylindre d’impression. Elle permet l’impression recto-verso, mais aussi d’absorber l’eau résiduelle: en effet le procédé offset traditionnel fait intervenir une solution de mouillage (composée à 90% d’eau et le reste d’additifs), se propageant sur les zones non imprimantes et ainsi empêchant l’encre de s’y déposer. Cette dernière imprègne les zones imprimantes: des surfaces n’ayant pas été recouvertes par l’eau.
Afin d’éviter les problèmes de mouillage pouvant modifier la conductivité du film d’encre dans le cadre de l’électronique imprimé, la version Waterless de ce procédé est utilisée. Cette variante consiste en la présence de silicone sur les zones non imprimantes, remplaçant ainsi la solution de mouillage traditionnelle.

Avantages et inconvénients pour l’électronique imprimée:
– Son excellente résolution d’impression (jusqu’à 200 lignes/cm).
– De plus, les lignes imprimées peuvent être très fines (de l’ordre de 100 µm d’épaisseur).
– Sa productivité est l’un de ses plus grands atouts: elle permet d’imprimer un grand nombre de composants rapidement et à faible coût.

-Des circuits électroniques peuvent être imprimés sur les deux faces du support grâce à l’impression recto-verso.
-Cependant, l’épaisseur du film d’encre déposé allant de 2 à 3 µm, sa conductivité peut s’en trouver affectée. Obtenir une meilleure conductivité peut donc nécessiter l’application de plusieurs couches d’encre.
-Les encres conductrices doivent posséder une viscosité bien particulière: seules les encres métalliques (à base de graphite) sont compatibles avec ce procédé*.

*Il existe 2 grandes catégories d’encres conductrices utilisées dans l’électronique imprimée: les encres métalliques et les les encres polymères conductrices. Ces dernières sont constituées à base d ‘argent et non de graphite, ce qui les rend plus coûteuse mais néanmoins plus efficaces.

L’héliogravure

Le papier est ici interposé entre deux cylindres: le premier étant le cylindre d’impression, recouvert du cuivre gravé qui constitue la forme imprimante, et le second état le cylindre de pression. Dans les « cellules », les alvéoles du cuivre, se trouve l’encre, dont le surplus est enlevé par le racle.

Cependant ce procédé n’est pas beaucoup utilisé pour l’impression électronique, car le cylindre étant gravé de cellules de profondeurs variables, il n’est pas évident d’imprimer une ligne droite sans sans créneaux sur les bords. Cette « dentelure » est une caractéristique spécifique à l’héliogravure.
Pourtant, ce procédé pourrait posséder quelques atouts pour l’impression de composants électroniques…
L’héliogravure est un procédé adapté aux tirages de plusieurs centaines de milliers d’exemplaires.
Elle permet le dépôt d’une couche d’encre plutôt épaisse (8 à 10 µm), ce qui induirait une bonne conductivité de l’encre.

La flexographie

Ce procédé a longtemps été méprisé par les imprimeurs du fait qu’il ne possédait pas d’encre adaptée et ne bénéficiait que d’un matériel peu précis. Il commença à se développer davantage au début du siècle dernier. Son essor a été dû à l’apparition de la personnalisation des emballages par la publicité. En 1952, il fut officiellement reconnu comme un procédé d’impression une relief par l’Institut de l’Emballage aux États-Unis. Aujourd’hui il est largement utilisé par les imprimeurs ainsi que dans l’électronique imprimée.

Avantages et inconvénients pour l’impression électronique:
– Une linéature très fine (60 lignes par centimètre)
– Une épaisseur de couche d’encre entre 6 et 8 μm, ce qui est plutôt élevé et donc favorable à la bonne conductivité de l’encre déposée.
– Cependant le film d’encre déposé présente des irrégularités d’épaisseur qui peuvent perturber l’impression.

La flexographie reste « l’une des techniques les plus prometteuses » en matière d’impression électronique selon l’AFELIM (association française de l’électronique imprimée) et est particulièrement utilisée dans l’impression d’étiquettes RFID (avec encre polymère) et de batteries.

Ainsi, nous avons vu que les techniques d’impression conventionnelles pouvaient être appliquées à l’électronique imprimée. Cela nous amène à penser que l’imprimé intelligent possède bel et bien un avenir prometteur, et qu’il est possible qu’il connaisse son essor dans les années à venir. À l’amélioration des procédés d’impression s’ajoute celle des encres conductrices, dont les performances en croissance incessante permettent l’impression de composants électroniques toujours plus puissants.

Laisser un commentaire

Entrez vos coordonnées ci-dessous ou cliquez sur une icône pour vous connecter:

Logo WordPress.com

Vous commentez à l'aide de votre compte WordPress.com. Déconnexion / Changer )

Image Twitter

Vous commentez à l'aide de votre compte Twitter. Déconnexion / Changer )

Photo Facebook

Vous commentez à l'aide de votre compte Facebook. Déconnexion / Changer )

Photo Google+

Vous commentez à l'aide de votre compte Google+. Déconnexion / Changer )

Connexion à %s