Une méthode de sérigraphie pour créer des circuits pliables pourrait rendre de nombreux dispositifs fonctionnels plus faciles et moins chers à produire en masse. La méthode combine des encres composites et métalliques sérigraphiables. Elle pourrait rendre l’électronique pliable plus facile et moins chère à fabriquer à l’échelle industrielle. Ces dispositifs, développés à KAUST, peuvent être montés sur divers supports, y compris des surfaces non planes. Ils pourraient aussi permettre de nombreuses applications de l’Internet des objets.
Les technologies de la prochaine génération, telles que les radars automobiles pour les voitures à conduite autonome, les bâtiments intelligents et les capteurs portables, dépendront davantage de la bande haute fréquence des ondes millimétriques, notamment de la 5G. À ce jour, les approches de fabrication à grande échelle pour fabriquer des produits électroniques pliables se sont concentrées sur le développement d’encres métalliques et l’impression de motifs conducteurs. Elles ont négligé les substrats diélectriques.
Des substrats diélectriques extrêmement souples et de grande surface
L’utilisation de substrats tels que le papier et certains films polymères dans l’électronique pliable s’est heurtée à une série d’obstacles. Ces substrats impliquent des processus de fabrication trop contraignants et complexes pour une production de masse. Ils ne permettent d’ailleurs pas de produire des dispositifs flexibles multicouches ou ultrafins. Ils présentent également une perte diélectrique qui dépasse les exigences des dispositifs à ondes millimétriques.
Atif Shamim et ses collègues ont maintenant conçu une encre composite composée de particules de céramique dispersées dans le polymère acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS). Ils ont utilisé cette nouvelle encre pour créer des substrats diélectriques extrêmement souples et de grande surface. Des substrats dont les dimensions latérales, l’épaisseur et la permittivité sont réglables. Ils ont sérigraphié l’encre sur du verre et, après séchage, ont simplement décollé les substrats du support. Les substrats présentaient une épaisseur minimale de quelques microns que l’on peut augmenter par des passages d’impression successifs. Ils présentaient également une faible perte diélectrique à 28 gigahertz, ce qui convient aux antennes 5G.
Encres composites pour performances électriques élevées et stables
Les chercheurs ont sérigraphié une encre à base de nanofils d’argent sur les substrats diélectriques pour construire des motifs conducteurs. Les films à motifs ont conservé des performances électriques élevées et stables lorsqu’ils ont été roulés ou pliés en deux, grâce au liant polymère présent dans l’encre. En outre, ils ont conservé leurs performances lorsqu’ils ont été incorporés dans un circuit à quatre couches. Un circuit constitué d’une alternance de couches à motifs métalliques et diélectriques. Ces résultats suggèrent que les encres sérigraphiables sont utiles dans des structures multicouches. Des structures telles que les cartes de circuits imprimés multicouches et les radars automobiles.
Pour valider le concept, les chercheurs ont sérigraphié une antenne flexible quasi-Yagi sur un substrat diélectrique. L’objectif étant de montrer que le dispositif fonctionne bien dans la bande des ondes millimétriques lorsqu’il est plié ou replié. Notre approche sera bénéfique pour les nouvelles antennes 5G et accélérera la mise en œuvre de la 5G, déclare le postdoc Weiwei Li.
L’équipe explore maintenant les applications potentielles de leur approche à d’autres dispositifs électroniques. Selon Weiwei Li, les deux encres sont compatibles avec le traitement de rouleau à rouleau. Ce qui peut aider à répondre à la forte demande de capteurs portables à faible coût. Nous nous attendons à ce que les coûts de fabrication soient extrêmement bas, à tel point que les dispositifs deviendront jetables, déclare M. Shamim.
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