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Article

1 - CONTEXTE

2 - PRINCIPE ET MISE EN OEUVRE DU PROCÉDÉ ADDITIF D’IMPRESSION PAR JET D’ENCRE

3 - RECUIT SÉLECTIF DES ENCRES À BASE DE NANOPARTICULES MÉTALLIQUES SUR SUPPORT SOUPLE

4 - CARACTÉRISATION DES PROPRIÉTÉS STRUCTURALES ET D’USAGE DES STRUCTURES CONDUCTRICES

5 - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES EN ÉLECTRONIQUE IMPRIMÉE

Article de référence | Réf : RE222 v1

Principe et mise en oeuvre du procédé additif d’impression par jet d’encre
Impression et recuit de nanoparticules métalliques pour l’électronique imprimée

Auteur(s) : Romain CAUCHOIS, Mohamed SAADAOUI, Karim INAL

Relu et validé le 07 juin 2018

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RÉSUMÉ

Le développement récent d'encres fonctionnalisées constituées de nanoparticules métalliques, associé à la maîtrise du procédé d'impression par jet de matière, a rendu possible l'émergence de l'électronique imprimée. Les structures imprimées peuvent être traitées par des techniques de recuit sélectif qui permettent de réaliser la coalescence de nanoparticules de 20 nm à une température de procédé compatible avec les substrats plastiques flexibles. Cet article aborde les différents aspects liés à la réalisation de pistes métalliques sur substrat souple, depuis les technologies d'impression directes, jusqu'à l'adéquation entre les caractéristiques microstructurales et les propriétés électriques de telles structures pour la fabrication de dispositifs tels que des antennes, des pistes de routage ou des électrodes.

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ABSTRACT

Printing and sintering of metallic nanoparticles for printed electronics

The recent progress in functionalized inks based on metal nanoparticles and their subsequent deposition by inkjet-printing technologies promoted the emergence of printed electronics. Such printed structures can be treated by selective sintering techniques which allow the sintering of 20nm-nanoparticles at process temperatures compatible with flexible plastic substrates. This article discusses the various aspects related to the production of metal tracks on flexible substrates, from the deposition using direct printing technologies, to the link between microstructural characteristics and electrical properties of such structures for the fabrication of devices such as antennas, interconnects or electrodes.

Auteur(s)

  • Romain CAUCHOIS : Docteur-ingénieur en microélectronique - Holst Centre / TNO, Pays-Bas

  • Mohamed SAADAOUI : Chargé de recherche en microélectronique - École nationale supérieure des Mines de Saint-Étienne, Institut Mines – Télécom, France

  • Karim INAL : Professeur en mécanique et sciences des matériaux - École nationale supérieure des Mines de Paris, Institut Mines – Télécom, France

INTRODUCTION

Résumé

Le développement récent d’encres fonctionnalisées constituées de nanoparticules métalliques, associé à la maîtrise du procédé d’impression par jet d'encre, a rendu possible l’émergence de l’électronique imprimée. Les structures imprimées peuvent être traitées par des techniques de recuit sélectif qui permettent de réaliser la coalescence de nanoparticules de 20 nm à une température de procédé compatible avec les substrats plastiques flexibles. Cet article aborde les différents aspects liés à la réalisation de pistes métalliques sur substrat souple, depuis les technologies d’impression directes, jusqu’à l’adéquation entre les caractéristiques microstructurales et les propriétés électriques de telles structures pour la fabrication de dispositifs tels que des antennes, des pistes de routage ou des électrodes.

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KEYWORDS

Metal nanoparticle   |   Inkjet-printing   |   Coalescence   |   Selective sintering   |   Electrical resistivity

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re222


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2. Principe et mise en oeuvre du procédé additif d’impression par jet d’encre

Cette section s’attardera sur la description des solutions technologiques permettant de réaliser des pistes métalliques dans le cas spécifique de l’électronique sur substrat plastique, avec des températures de procédé comprises entre 100 et 200 °C. En cela, l'apport des nanoparticules sera particulièrement explicité en raison de leur capacité de réaction dès les basses températures. L’impression de telles encres fonctionnalisées nécessitent toutefois la prise en compte d’interactions complexes, lors des phénomènes d’éjection de la goutte et de son affinité avec le substrat utilisé. Le contrôle de ces phénomènes pour l’obtention de structures définies à haute résolution est une étape préalable avant toute opération de recuit conférant aux films minces imprimés leurs propriétés finales.

2.1 Principe du jet d’encre pour l’électronique imprimée

HAUT DE PAGE

2.1.1 Généralités sur les techniques d’impression directe

Les technologies d'écriture directe englobent toutes les approches pouvant être exploitées pour la production de dispositifs électroniques ou, dans le cas le plus général, d'architectures contrôlées à l'échelle du millimètre ou du micromètre. Une telle technologie permet de dispenser un matériau donné avec une grande précision sur des substrats de différentes natures (plastique, céramique, métal, textile, etc.) selon un motif prédéfini. En se fondant sur le transfert direct des encres fonctionnelles, ces technologies ne nécessitent pas le développement coûteux de masques ou la mise en œuvre d'étapes de photolithographie et de gravure, limitant ainsi le gaspillage de matériaux actifs. À l’heure actuelle, les techniques additives les plus développées s’appuient sur l’utilisation du transfert de matière par laser ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - PIQUÉ (A.), CHRISEY (D.B.), AUYEUNG (R.C.Y.), FITZ-GÉRALD (J.), WU (H.D.), McGILL (R.A.), LAKEOU (S.), WU (P.K.), NGUYEN (V.), DUIGNAN (M.) -   « A novel laser transfer process for direct writing of electronic and sensor materials »  -  Applied Physics A : Materials Science & Processing, vol. 69, pp. S279-S284 (1999).

  • (2) - GUTFELD (R.J.) von, TYNAN (E.E.), MELCHER (R.L.), BLUM (S.E.) -   « Laser enhanced electroplating and maskless pattern generation »  -  Applied Physics Letters, vol. 35, n° 9, pp. 651-653 (1979).

  • (3) - HON (K.K.B.), LI (L.), HUTCHINGS (I.M.) -   « Direct writing technology – Advances and developments »  -  CIRP Annals – Manufacturing Technology, vol. 57, n° 2, pp. 601-620 (2008).

  • (4) - ADRIAN (F.J.) -   « A study of the mechanism of metal deposition by the laser-induced forward transfer process »  -  Journal of Vacuum Science & Technology B : Microelectronics and Nanometer Structures, vol. 5, n° 5, p. 1490 (Sep. 1987).

  • (5) - BOHANDY (J.), KIM (B.F.), ADRIAN...

NORMES

  • ISO Radio frequency identification for item management – Unique identification for RF tags. - ISO/IEC 15963 - 2009

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