L’integrazione farà il suo ingresso

Bruce Adams | 29 settembre 2021

Secondo la società di ricerche di mercato indipendente IDTechEx, l’integrazione dell’elettronica all’interno di strutture 3D è una tendenza crescente che offre una soluzione più sofisticata rispetto all’attuale metodo di racchiudere circuiti stampati rigidi. L'elettronica in-mold (IME) è una tecnologia emergente che consente di incorporare l'elettronica in componenti di plastica stampati e termoformati.

Con l'integrazione di tocco capacitivo, illuminazione e aspetti tattili che offrono riduzioni di dimensioni e peso fino al 70%, IME può produrre in modo efficiente interfacce sensibili al tocco curve. Grazie a questi vantaggi e alle applicazioni principalmente nei settori automobilistico e dei beni di consumo, IDTechEx prevede che IME diventerà un mercato da 1,5 miliardi di dollari entro il 2032.

L'IME può essere visto come un'estensione del più comune processo di decorazione in-mold (IMD), in cui la plastica termoformata con un rivestimento decorativo viene convertita in un componente 3D mediante stampaggio a iniezione. L'IME è un'evoluzione di una tecnica esistente, pertanto gran parte della conoscenza dei processi e dei beni strumentali esistenti può essere riutilizzata. La realizzazione di una parte utilizzando IME inizia con la serigrafia di inchiostri termoformabili conduttivi, seguita dalla deposizione di adesivi elettricamente conduttivi e dal montaggio di componenti elettronici, come i LED, ha affermato IDTechEx. Circuiti multistrato più complessi possono anche essere prodotti stampando inchiostri dielettrici per consentire i crossover.

Il policarbonato è generalmente preferito per il substrato termoformabile, secondo Matthew Dyson, Senior Technology Analyst presso IDTechEx.

"Covestro ha sviluppato una pellicola in policarbonato ricoperta con uno strato acrilico per IME (che funge da substrato termoformabile), affermando di combinare 'i punti di forza dell'acrilico, come l'elevata resistenza ai graffi e agli agenti chimici, con i vantaggi di lavorazione del policarbonato'" ha detto Dyson, che è un dottore in filosofia in fisica specializzato in elettronica organica. "Il policarbonato è la plastica più comune per la fase di stampaggio a iniezione, ma in linea di principio qualsiasi plastica può essere utilizzata laddove il calore e la pressione richiesti per lo stampaggio a iniezione non danneggiano l'elettronica. Le plastiche trasparenti per lo stampaggio a iniezione vengono spesso utilizzate come guide luminose per queste parti decorative."

Nonostante le somiglianze con l’IMD, ci sono molte sfide tecniche nell’integrazione dell’elettronica che deve resistere alla termoformatura e allo stampaggio a iniezione. Una resa produttiva molto elevata è importante perché i circuiti sono incorporati e un singolo guasto può rendere ridondante l'intera parte, ha affermato Dyson.

Dal punto di vista dei materiali, gli inchiostri conduttivi, gli inchiostri dielettrici e gli adesivi elettricamente conduttivi devono sopravvivere alle fasi di formatura e stampaggio che comportano temperature, pressione e allungamento elevati. Inoltre, tutti i materiali nella pila devono essere compatibili, motivo per cui molti fornitori hanno sviluppato portafogli di inchiostri funzionali progettati specificamente per IME, ha affermato Dyson.

L'IME è utilizzato al meglio nei casi che richiedono una superficie decorativa sensibile al tocco, come i pannelli di controllo negli interni automobilistici e negli elettrodomestici da cucina. Consente una superficie 3D, liscia, lavabile e decorativa con tocco capacitivo integrato, illuminazione e persino feedback tattile e antenne, ha affermato Dyson. Mentre i primi esempi commerciali stanno cominciando ad emergere nel settore dei beni di consumo, l’adozione negli interni dei veicoli è stata ritardata a causa del COVID-19. La lenta adozione anche nel settore automobilistico è attribuita sia alle sfide legate al rispetto dei requisiti di qualificazione automobilistica sia alla disponibilità di alternative meno sofisticate, come l’applicazione di pellicole funzionali alle parti termoformate.

Nonostante questa battuta d’arresto, il mercato sta iniziando a cambiare, con i fornitori di apparecchiature che sviluppano capacità specialistiche e progetti di sviluppo che giungono a conclusione.

"Si prevede che il settore dominante sarà quello degli interni automobilistici, con casi d'uso come console sopraelevate, interruttori dei finestrini, console centrali e comandi al volante", ha affermato Dyson. "La sensibilità al tocco si ottiene modificando la capacità. Altri settori di applicazione includono gli elettrodomestici (come il pannello di controllo delle lavatrici) e altri elettrodomestici da banco."