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Article

1 - CONTEXTE

2 - PRINCIPE ET MISE EN OEUVRE DU PROCÉDÉ ADDITIF D’IMPRESSION PAR JET D’ENCRE

3 - RECUIT SÉLECTIF DES ENCRES À BASE DE NANOPARTICULES MÉTALLIQUES SUR SUPPORT SOUPLE

4 - CARACTÉRISATION DES PROPRIÉTÉS STRUCTURALES ET D’USAGE DES STRUCTURES CONDUCTRICES

5 - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES EN ÉLECTRONIQUE IMPRIMÉE

Article de référence | Réf : RE222 v1

Recuit sélectif des encres à base de nanoparticules métalliques sur support souple
Impression et recuit de nanoparticules métalliques pour l’électronique imprimée

Auteur(s) : Romain CAUCHOIS, Mohamed SAADAOUI, Karim INAL

Relu et validé le 07 juin 2018

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RÉSUMÉ

Le développement récent d'encres fonctionnalisées constituées de nanoparticules métalliques, associé à la maîtrise du procédé d'impression par jet de matière, a rendu possible l'émergence de l'électronique imprimée. Les structures imprimées peuvent être traitées par des techniques de recuit sélectif qui permettent de réaliser la coalescence de nanoparticules de 20 nm à une température de procédé compatible avec les substrats plastiques flexibles. Cet article aborde les différents aspects liés à la réalisation de pistes métalliques sur substrat souple, depuis les technologies d'impression directes, jusqu'à l'adéquation entre les caractéristiques microstructurales et les propriétés électriques de telles structures pour la fabrication de dispositifs tels que des antennes, des pistes de routage ou des électrodes.

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ABSTRACT

Printing and sintering of metallic nanoparticles for printed electronics

The recent progress in functionalized inks based on metal nanoparticles and their subsequent deposition by inkjet-printing technologies promoted the emergence of printed electronics. Such printed structures can be treated by selective sintering techniques which allow the sintering of 20nm-nanoparticles at process temperatures compatible with flexible plastic substrates. This article discusses the various aspects related to the production of metal tracks on flexible substrates, from the deposition using direct printing technologies, to the link between microstructural characteristics and electrical properties of such structures for the fabrication of devices such as antennas, interconnects or electrodes.

Auteur(s)

  • Romain CAUCHOIS : Docteur-ingénieur en microélectronique - Holst Centre / TNO, Pays-Bas

  • Mohamed SAADAOUI : Chargé de recherche en microélectronique - École nationale supérieure des Mines de Saint-Étienne, Institut Mines – Télécom, France

  • Karim INAL : Professeur en mécanique et sciences des matériaux - École nationale supérieure des Mines de Paris, Institut Mines – Télécom, France

INTRODUCTION

Résumé

Le développement récent d’encres fonctionnalisées constituées de nanoparticules métalliques, associé à la maîtrise du procédé d’impression par jet d'encre, a rendu possible l’émergence de l’électronique imprimée. Les structures imprimées peuvent être traitées par des techniques de recuit sélectif qui permettent de réaliser la coalescence de nanoparticules de 20 nm à une température de procédé compatible avec les substrats plastiques flexibles. Cet article aborde les différents aspects liés à la réalisation de pistes métalliques sur substrat souple, depuis les technologies d’impression directes, jusqu’à l’adéquation entre les caractéristiques microstructurales et les propriétés électriques de telles structures pour la fabrication de dispositifs tels que des antennes, des pistes de routage ou des électrodes.

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KEYWORDS

Metal nanoparticle   |   Inkjet-printing   |   Coalescence   |   Selective sintering   |   Electrical resistivity

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re222


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3. Recuit sélectif des encres à base de nanoparticules métalliques sur support souple

Bien qu’exploité depuis l’Antiquité pour la confection de poteries, le frittage de particules de taille micrométrique (10-100 µm) n’est étudié que depuis quelques décennies, notamment pour des applications en métallurgie. L’utilisation de hautes températures n’étant alors pas une contrainte, des traitements de plusieurs centaines de degrés sont régulièrement employés pour des poudres métalliques ou céramiques [AF 6 620], [AF 6 621]. Toutefois, les récents développements autour de l’électronique imprimée sur des supports flexibles sensibles à la température ont orienté les recherches vers une diminution du budget thermique à utiliser. Ce budget thermique correspond à la quantité de chaleur transférée au système à recuire pour obtenir un état métallurgique aux propriétés électrique et/ou mécanique données, en fonction de la température et de la durée du traitement. Un faible budget thermique peut ainsi s’opérer à haute température si le temps de traitement est très court. Il est ainsi fortement dépendant des matériaux utilisés et de leurs propriétés thermiques (conduction et capacité thermiques, notamment). Dans cette section seront abordées les principales techniques qui permettent de traiter les encres à base de nanoparticules métalliques tout en limitant fortement l’échauffement du substrat. Au cours de ce recuit dit « sélectif », les notions de température induite dans les structures imprimées et de temps de traitement sont intimement liées. En effet, cette sélectivité est obtenue à l’aide de phénomènes qui évitent toute sollicitation thermique...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - PIQUÉ (A.), CHRISEY (D.B.), AUYEUNG (R.C.Y.), FITZ-GÉRALD (J.), WU (H.D.), McGILL (R.A.), LAKEOU (S.), WU (P.K.), NGUYEN (V.), DUIGNAN (M.) -   « A novel laser transfer process for direct writing of electronic and sensor materials »  -  Applied Physics A : Materials Science & Processing, vol. 69, pp. S279-S284 (1999).

  • (2) - GUTFELD (R.J.) von, TYNAN (E.E.), MELCHER (R.L.), BLUM (S.E.) -   « Laser enhanced electroplating and maskless pattern generation »  -  Applied Physics Letters, vol. 35, n° 9, pp. 651-653 (1979).

  • (3) - HON (K.K.B.), LI (L.), HUTCHINGS (I.M.) -   « Direct writing technology – Advances and developments »  -  CIRP Annals – Manufacturing Technology, vol. 57, n° 2, pp. 601-620 (2008).

  • (4) - ADRIAN (F.J.) -   « A study of the mechanism of metal deposition by the laser-induced forward transfer process »  -  Journal of Vacuum Science & Technology B : Microelectronics and Nanometer Structures, vol. 5, n° 5, p. 1490 (Sep. 1987).

  • (5) - BOHANDY (J.), KIM (B.F.), ADRIAN...

NORMES

  • ISO Radio frequency identification for item management – Unique identification for RF tags. - ISO/IEC 15963 - 2009

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