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

david.baud@poleplasturgie.com

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

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~ d e f g � g } � � w � � � � - v2008 et ISO 17025 (laboratoire Le Bourget).

Objectif :

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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)

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Chiffre d’affaires 2014 : 9 M€

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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

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� � � � 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:

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Produits plastiques intelligentsII. å æ ç è é ç ê ë ì ë éapplications

Principales fonctions / applicationsí ¥ § ® ¥ ¥ ® ª

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ú û ü ü û ý û BMWþ ÿ A � ÿ ÿ � � � � � Nexus 5

M � � � � � � � pour prothèse auditive

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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.

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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

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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

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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

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Merci pour votre attention