Elettronica stampata in 3D, perchè il settore è in crescita

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L'elettronica prodotta in modo additivo è un approccio emergente che porta l'elettronica stampata a una nuova dimensione.

La stampa sia di materiale strutturale che di tracce conduttive offre vantaggi che includono ampia libertà di progettazione, rapide iterazioni di sviluppo e dispositivi più compatti.

IDTechEx divide il settore in due parti: quello della lavorazione completamente additiva e la stampa su superfici.

Entrambi hanno molteplici opportunità di applicazione che IDTechEx ritiene si svilupperanno nel prossimo decennio.

Produzione elettronica completamente additiva

Se vengono stampati sia gli aspetti strutturali che quelli elettronici di un componente, il processo di produzione può essere considerato completamente additivo. Questo approccio di produzione offre molta libertà poiché non ci sono vincoli su come le tracce conduttive sono distribuite all'interno del dielettrico strutturale stampato.

Ciò consente funzionalità come antenna elicoidale, condensatori integrati e vie a rampa che sono difficili o impossibili da produrre con metodi convenzionali. Inoltre, i componenti SMD possono essere incorporati all'interno della struttura, se lo si desidera.

Le applicazioni della produzione elettronica completamente additiva includono la prototipazione di circuiti, poiché complessi circuiti multistrato possono essere prodotti internamente molto più rapidamente rispetto all'invio dei progetti a una casa di prototipazione esterna.

Un'altra applicazione promettente con un mercato potenzialmente enorme è il packaging elettronico avanzato, in cui gli stampi nudi sono incorporati all'interno di una struttura stampata che contiene tracce elettroniche fini.

Un vantaggio di questo approccio rispetto al packaging elettronico convenzionle è che i circuiti integrati al silicio possono essere posizionati più vicini, rendendo l'intero sistema più compatto.

Stampa su superfici

L'elettronica prodotta in modo additivo può anche includere l'applicazione di funzionalità elettroniche alle superfici 3D esistenti. Ad esempio, le tracce conduttive potrebbero essere stampate su una parte di plastica stampata a iniezione utilizzando metodi come la stampa aerosol o l'estrusione di materiale.

La durata e la robustezza possono quindi essere migliorate stampando un materiale dielettrico sopra. Inoltre, i componenti SMD possono essere montati sulla superficie 3D utilizzando adesivi pick-and-place e conduttivi. Questo approccio ha molte promesse per l'aggiunta di elettronica a parti più grandi, dove il tempo per stampare la plastica strutturale sarebbe proibitivo.

Un'applicazione di destinazione chiave per questo approccio è la sostituzione del cablaggio nei prodotti di consumo, nei veicoli e persino negli aerei. Al momento, l'installazione del cablaggio è un compito manuale laborioso, con la possibilità di errori e conseguenti cortocircuiti se i fili si sfregano l'uno contro l'altro.

La stampa del cablaggio direttamente su una superficie di plastica 3D consente di automatizzare il processo e aumenta la durata poiché le tracce conduttive vengono infine incorporate all'interno di un materiale dielettrico.

Incorporazione di microfluidica e fotonica

Man mano che la produzione di componenti elettronici additivi diventa più consolidata, è probabile che una gamma crescente di funzionalità venga incorporata all'interno del componente prodotto in modo additivo.

Ciò potrebbe includere la microfluidica, con sensori elettrici, attuatori piezoelettrici e persino altri componenti MEMS incorporati in un elemento 3D, prevalentemente di plastica. Il lab-on-a-chip per la diagnostica medica e i sensori indossabili per l'analisi del sudore sono entrambi applicazioni promettenti.

L'elettronica prodotta in modo additivo è anche compatibile con le strutture fotoniche, sebbene ciò richieda generalmente miglioramenti nelle risoluzioni di stampa sia degli elementi dielettrici che conduttivi.

Esempi di potenziali applicazioni includono sensori fotonici, in cui l'indice di rifrazione di un percorso ottico viene modificato dalla temperatura o dall'assorbimento di gas, e infine componenti optoelettronici.

Roadmap per l'adozione

Considerando l'attuale fase di sviluppo e i requisiti aggiuntivi come la velocità di produzione e la risoluzione, il grafico di IDTechEx mostra una tabella di marcia per una gamma di applicazioni elettroniche prodotte in modo additivo.

La prototipazione di circuiti è già commercializzata, mentre è probabile che i dispositivi integrati con molte funzionalità diverse siano i più difficili da sviluppare.

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