IDTechEx divise le secteur en deux aspects : « fabrication additive complète » et « impression de surface 3D ». Chacun offre de multiples possibilités d’application qui se développeront au cours de la prochaine décennie.
Fabrication électronique entièrement additive :
lorsqu’un composant possède à la fois une structure et des composants électroniques imprimés, son processus de fabrication est dit « entièrement additif ». Cette approche offre une grande liberté, car elle ne restreint pas la distribution des pistes conductrices au sein du diélectrique structurel imprimé. Elle permet ainsi de réaliser des éléments tels que des antennes hélicoïdales, des condensateurs intégrés et des vias surélevés, difficiles voire impossibles à produire par les méthodes conventionnelles. De plus, il est possible d’intégrer des composants montés en surface (CMS) à la structure.
Parmi les applications de la fabrication électronique entièrement additive figure le prototypage de circuits, car des circuits multicouches complexes peuvent être produits en interne beaucoup plus rapidement qu'en confiant les plans à une entreprise de prototypage externe. Une autre application prometteuse, avec un marché potentiellement énorme, est l'encapsulation de composants électroniques avancés. Dans ce procédé, les puces nues sont intégrées dans une structure imprimée contenant des pistes électroniques fines. L'un des avantages de cette approche par rapport à l'encapsulation électronique conventionnelle est la possibilité de rapprocher les circuits intégrés en silicium, ce qui rend le système global plus compact.
Impression 3D de surface :
La fabrication additive électronique permet également d’intégrer des fonctionnalités électroniques à des surfaces 3D existantes. Par exemple, des pistes conductrices peuvent être imprimées sur une pièce en plastique moulée par injection grâce à des techniques telles que la pulvérisation ou l’extrusion de matière. La durabilité et la robustesse peuvent être améliorées par l’impression d’un matériau diélectrique en surface. De plus, des composants CMS peuvent être montés sur la surface 3D à l’aide de techniques de placement et d’adhésifs conducteurs. Cette méthode est très prometteuse pour l’intégration de composants électroniques à des pièces de grande taille, pour lesquelles le temps d’impression des pièces en plastique structurel serait prohibitif.
L'une des principales applications de cette méthode est le remplacement du câblage dans les produits de consommation, les véhicules et même les aéronefs. Actuellement, l'installation du câblage est une tâche manuelle fastidieuse, sujette aux erreurs et aux courts-circuits en cas de frottement des fils. L'impression directe du câblage sur une surface plastique 3D automatise le processus et accroît la durabilité, les pistes conductrices étant intégrées dans un matériau diélectrique.
Intégration de la microfluidique et de la photonique :
Avec la généralisation de la fabrication additive en électronique, un nombre croissant de fonctionnalités devraient être intégrées aux composants ainsi fabriqués. Il pourrait s’agir de la microfluidique, avec des capteurs électriques, des actionneurs piézoélectriques, voire d’autres composants MEMS intégrés à un objet imprimé en 3D, principalement en plastique. Les laboratoires sur puce pour le diagnostic médical et les capteurs portables pour l’analyse de la sueur constituent deux applications prometteuses.
La fabrication additive électronique permet également la réalisation de structures photoniques, moyennant généralement une amélioration de la résolution d'impression des éléments diélectriques et conducteurs. Parmi les applications potentielles, on peut citer les capteurs photoniques, où l'indice de réfraction d'un trajet optique est modifié par la température ou l'absorption d'un gaz, et à terme, les composants optoélectroniques.
Feuille de route pour l'adoption :
Compte tenu de l'état actuel du développement et des exigences supplémentaires telles que les performances de fabrication et la résolution, le tableau suivant présente une feuille de route pour diverses applications électroniques de fabrication additive. Des prototypes de circuits sont déjà disponibles sur le marché, tandis que les dispositifs intégrés aux fonctionnalités multiples sont probablement les plus difficiles à développer.
