Rapporto IDTechEx: L'elettronica 3D consente una maggiore integrazione

Inserito dallo staff | 14 aprile 2022

L'elettronica 3D è un approccio produttivo emergente che consente l'integrazione dell'elettronica all'interno o sulla superficie degli oggetti. Sebbene sia stato utilizzato a lungo per aggiungere antenne e semplici interconnessioni conduttive alla superficie di oggetti in plastica stampati a iniezione, vengono sempre più aggiunti circuiti più complessi realizzati con una varietà di materiali utilizzando nuove tecniche.

Inoltre, la tecnologia elettronica additiva 3D consente di integrare circuiti completi all’interno di un oggetto, offrendo molteplici vantaggi che includono una produzione semplificata e nuovi fattori di forma. Con l'elettronica 3D, l'aggiunta di funzionalità elettroniche non richiede più l'incorporazione di un PCB rigido e planare in un oggetto, quindi il cablaggio dei relativi interruttori, sensori, fonti di alimentazione e altri componenti esterni.

Esistono tre approcci principali all'elettronica 3D, ciascuno discusso in dettaglio nel nuovo rapporto IDTechEx, "Elettronica 3D/Elettronica additiva 2022-2032: applicazione dell'elettronica a una superficie 3D, elettronica nello stampo ed elettronica 3D completamente additiva".

L’approccio più consolidato è la strutturazione diretta al laser (LDS), in cui un additivo nella plastica stampata a iniezione viene attivato selettivamente da un laser. Questo forma un modello che viene successivamente metallizzato utilizzando la placcatura chimica. LDS ha registrato una crescita enorme circa dieci anni fa e viene utilizzato per produrre centinaia di milioni di dispositivi ogni anno, circa il 75% dei quali sono antenne. Tuttavia, questo metodo di metallizzazione può essere applicato solo a componenti stampati ad iniezione con un additivo e consente di depositare un solo strato di metallo, limitando così la complessità del circuito.

Date queste limitazioni, altri approcci stanno guadagnando terreno. L'estrusione della pasta conduttiva, una sospensione viscosa composta da più scaglie conduttive, è già utilizzata per una piccola percentuale di antenne ed è l'approccio preferito per i sistemi che depositano interi circuiti su superfici 3D. Il getto di aerosol e il trasferimento in avanti indotto dal laser (LIFT) sono altre tecnologie emergenti di deposizione digitale, che hanno, rispettivamente, risoluzioni più elevate e deposizione rapida di un'ampia gamma di materiali.

L'elettronica in-mold (IME), in cui l'elettronica viene stampata/montata prima della termoformatura in un componente 3D, facilita la transizione verso una maggiore integrazione dell'elettronica, soprattutto dove sono richiesti il ​​rilevamento tattile capacitivo e l'illuminazione. Consentendo di incorporare funzionalità integrate in componenti con superfici 3D termoformate, IME offre molteplici vantaggi rispetto agli interruttori meccanici convenzionali, tra cui una riduzione del peso e del consumo di materiale fino al 70% e un assemblaggio molto più semplice.

IME è un'estensione della consolidata decorazione in-mold (IMD), in cui i fogli di plastica con rivestimento decorativo vengono convertiti in tre dimensioni tramite termoformatura e successivo stampaggio a iniezione. IME differisce da IMD per la serigrafia iniziale di inchiostri conduttivi termoformabili, seguita dalla deposizione di adesivi elettricamente conduttivi e dal montaggio di dispositivi a montaggio superficiale (SMD), attualmente principalmente LED.

L'obiettivo a lungo termine per l'IME è quello di diventare una tecnologia di piattaforma consolidata, più o meno come lo è oggi il PCB rigido. Una volta raggiunto questo obiettivo, ottenere la produzione di un componente/circuito sarà semplicemente questione di inviare un file di progettazione elettronica. Oltre a una maggiore accettazione della tecnologia, ciò richiederà regole di progettazione chiare, materiali conformi agli standard stabiliti e, soprattutto, lo sviluppo di strumenti di progettazione elettronica.

Probabilmente l’approccio più innovativo all’elettronica additiva è l’elettronica completamente stampata in 3D, in cui i materiali dielettrici – solitamente termoplastici – e i materiali conduttivi vengono depositati in sequenza. Combinato con componenti SMD posizionati, il risultato è un circuito, potenzialmente con una struttura multistrato complessa incorporata in un oggetto di plastica 3D. La proposta di valore fondamentale è che ogni oggetto e circuito integrato può essere prodotto secondo un design diverso senza i costi di produzione di maschere e stampi ogni volta.