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Décryptage

Nouveaux procédés d’impression pour l’électronique

Posté le par La rédaction dans Informatique et Numérique

La start-up, Poly-Ink, a développé une encre conductrice à base de carbone nanotubes et de polymères conducteurs ne nécessitant pas de frittage et d’un primer dont la formulation peut-être adaptée en fonction des propriétés de surface recherchées.

Réalisée dans le cadre d’un contrat Cifre avec la société Polypore, la thèse d’Aurore Denneulin  est à l’origine d’un brevet et de la création d’une start-up, Poly-Ink,  qui a développé une encre conductrice à base de carbone nanotubes et de polymères conducteurs ne nécessitant pas de frittage et d’un primer dont la formulation peut-être adaptée en fonction des propriétés de surface recherchées.

Des travaux de recherche qui ont fait l’objet d’un brevet, plusieurs publications et des participations à des conférences… : un bilan exceptionnel souligné par le jury après qu’Aurore Denneulin, ingénieur en industries graphiques,  ait soutenu une thèse de doctorat de Grenoble INP, spécialité Matériaux, Mécanique, Génie Civil, Électrochimie, à Grenoble INP-Pagora, École internationale du papier, de la communication imprimée et des biomatériaux.

Préparée dans le laboratoire LGP2 sous la direction d’Anne Blayo, ingénieur de recherche et de Julien Bras, maître de conférences, cette thèse («Nouveaux procédés d’impression pour le domaine électronique») a été  réalisée dans le cadre d’un contrat Cifre avec la société Polypore qui est engagée depuis plusieurs années dans un projet de R&D ayant pour objet les encres conductrices et dont l’enjeu est l’impression des antennes de tags RFID par la technologie jet d’encre.
 
Les travaux de recherche d’Aurore Denneulin ont abouti à des résultats remarquables quant au développement de matériaux et de fluides pour l’électronique imprimée par jet d’encre. Ils ont porté sur l’étude de trois paramètres : le support, l’encre et le procédé jet d’encre. En premier lieu, l’influence de la surface de différents papiers commerciaux a été démontrée et un brevet a été proposé afin de permettre l’impression d’encre conductrice sur tout type de support grâce à un pré-traitement. En ce qui concerne l’encre, les nanotubes de carbone et les nouveaux systèmes de frittage apparaissent comme des solutions prometteuses pour augmenter la conductivité des pistes d’encre imprimées. Enfin, concernant le procédé jet d’encre, l’influence de la vitesse, de la pénétration et du séchage de l’encre a été étudiée et de nouvelles techniques de caractérisation ont permis une meilleure compréhension de la distribution et de l’orientation des nanotubes de carbone.

Ces nouvelles avancées et la rencontre d’Aurore Denneulin et d’un entrepreneur qui avait  créé en 1987 une SA spécialisée dans le recyclage des cartouches jet d’encre et laser, ont donné naissance à la création d’une jeune entreprise innovante appelée Poly-Ink dans le cadre de l’incubateur Grenoble Alpes Incubation (GRAIN) et en collaboration avec le laboratoire. Cette start-up a développé et breveté une famille de produits, encres et primer,  utilisant la technologie jet d’encre comme procédé d’impression et les nanotubes de carbone comme conducteurs. Elle répond aux applications les plus diverses : identification et authentification RFID, contrôle d’intégrité, impression électronique, isolation électrique…. L’encre conductrice permet même d’envisager d’imprimer les antennes directement sur les éléments du conditionnement.

Les supports utilisés dans le domaine de l’emballage ou des étiquettes sont très variables : papiers, carton ou plastiques. Au sein même de ces sous-familles se retrouvent une multitude de supports différents qui conduit à des qualités de dépôt différentes. Ce phénomène est d’autant plus important avec l’utilisation d’une encre fonctionnelle telle qu’une encre conductrice. Le principe de l’innovation proposée par Poly-Ink réside dans l’adaptation locale des propriétés de surface d’un support afin d’optimiser les interactions avec l’encre imprimée et ce quelque soit le support utilisé. Cette préparation du support permet d’obtenir des propriétés de surface homogénéisées telles que le lissé, les propriétés d’absorption, l’énergie de surface ou encore la perméabilité.

L’adaptation locale des propriétés de surface des supports s’effectue par impression jet d’encre d’une pré-couche (primer) dont la formulation peut-être adaptée en fonction des propriétés de surface recherchées. Poly-Ink a développé une encre conductrice à base de carbone nanotubes fonctionnalisés et de polymères conducteurs. Cette encre combine la bonne processabilité du polymère conducteur à la haute conductivité des nanotubes de carbone. Les propriétés de l’encre sont compatibles avec les spécificités du procédé jet d’encre.

Contrairement aux encres conductrices traditionnelles pour le jet d’encre à base de nanoparticules métalliques, l’encre développée par Poly-Ink présente l’avantage de ne pas nécessiter d’étape de frittage. Cette étape se révèle être difficile à mettre en œuvre (haute température) et induit une limitation au niveau du choix des supports.

La flexibilité du processus d’impression jet d’encre et la durabilité des encres et du primer constituent des éléments attractifs pour le développement de l’électronique organique. Le tag organique est d’ailleurs le défi que Poly-Ink veut relever afin de permettre à cette technologie de prendre sa place sur le marché mais, actuellement, le coût des tags reste l’un des freins essentiels au développement.

 

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