Transcript Le procédé PlasmaCoat 3D

TECHNOLOGIE
#36
> Le procédé Plasmacoat 3D
une voie d’avenir
pour la plastronique
les composants électroniques pour faire
évoluer les fonctions classiques (circuits
imprimés, connecteurs, capteurs...) vers
de nouvelles fonctions plus performantes
et mieux adaptées à l’intégration dans les
systèmes.
Le PEP a par le passé plusieurs fois présenté ces technologies dans les pages du
Plastilien (n° 67-84 & 95), les plus utilisées
restent à ce jour :
• Injection bi-matière, avec activation et
métallisation chimiques.
• Technologie LPKF-LDS®, avec activation
laser et métallisation chimique.
Photo 1 : Torche à plasma
<< La plastronique et les technologies 3D-MID
Actuellement, plusieurs enjeux des secteurs de l’électronique et de la plasturgie
se croisent. Le segment des « Equipements
électroniques » doit faire face à des défis
de miniaturisation et d’allègement, d’intégration de multiples fonctions en 3D, de
fiabilisation des produits, le tout en réduisant les coûts.
La plasturgie française doit, quant à elle,
renforcer la compétitivité de son industrie
en agrégeant une nouvelle forme de valeur ajoutée. Depuis quelques années, de
Plastilien >> Avril 2014
nouveaux types de produits à la croisée de
ces deux industries et basés sur le développement de nouvelles technologies se sont
développés : les systèmes plastiques intelligents associant sur des pièces plastiques
(apportant les fonctions mécaniques et le
packaging) des composants électroniques
(apportant l’intelligence et la fonctionnalité).
Actuellement les technologies les plus utilisées pour la fabrication de produits plastiques intelligents sont les technologies
3D-MID (Molded Interconnect Devices),
qui permettent de métalliser sélectivement un plastique, et de rapporter ensuite
Cependant, ces deux technologies utilisent l’une et l’autre, une étape de croissance métallique par voie humide (bains
chimiques), ce qui ne permet pas d’avoir
des épaisseurs de cuivre très importantes
(10-12 µm), et constitue un frein pour certaines industries qui aimeraient éviter ce
type de procédés à l’avenir, et qui orientent leur stratégie plutôt vers des procédés
« voie sèche ».
<< La technologie Plasmacoat 3D
La technologie plasma est basée sur
un principe physique simple : la matière
change d’état lorsqu’on lui apporte de
l’énergie. Les solides deviennent liquides,
et les liquides deviennent gazeux. Si de
#37
l’énergie supplémentaire est apportée
au gaz, suffisamment pour arracher des
électrons aux atomes, le gaz devient alors
ionisé, et atteint le quatrième état de la matière, très riche en énergie, le plasma.
Le plasma peut être obtenu par différents
apports d’énergie (champs électrique ou
électromagnétique important, température
élevée, bombardement de particules…).
Dans le cas du Plasmacoat 3D, le gaz (en
l’occurrence de l’argon) est alimenté dans
une buse à quelques dizaines de litres par
minute. C’est un arc électrique entre deux
électrodes qui va permettre le changement
d’état du gaz en plasma. La température du
plasma peut descendre localement sous
les 200°C lorsque celui-ci atteint sa cible,
ce qui permet de l’utiliser sur des matières
thermosensibles, si le temps d’exposition
reste suffisamment faible.
Le principe du procédé Plascmacoat 3D
est de projeter de la poudre d’un matériau
dans le plasma d’argon, ce qui va avoir
pour effet de le faire fondre, il sera ensuite
projeté à la surface de la pièce plastique.
De nombreux matériaux peuvent ainsi être
projetés, et dans notre cas nous utiliserons
principalement le cuivre, puis l’étain pour
faire une couche de protection. L’adhésion
sur le substrat est parfaite.
Le procédé peut bien sûr être utilisé pour
métalliser complètement une pièce (applications blindage, conduction thermique,
Photo 2 : Démonstrateur de la technologie développé par les partenaires
dépôt pleine couche épaisse pour l’industrie du silicium), mais cependant, la largeur
de la buse plasma étant de 5 mm, la précision intrinsèque du dépôt n’est pas idéale
pour faire du dépôt sélectif. C’est pour
cette raison que le procédé Plasmacoat
3D propose plusieurs solutions de masquage, selon la complexité de la pièce et
du circuit.
Les différentes étapes du procédé sont :
1.Injection du support plastique : le procédé fonctionne avec la plupart des
matériaux plastiques usuels, sans ajout
d’additifs. C’est un avantage important par
rapport à d’autres procédés, qui peuvent
nécessiter des additifs pour initier une
phase de métallisation.
2.Masquage de la surface : les zones ne
recevant pas le métal doivent être masquées. Plusieurs solutions sont possibles
industriellement :
• Utilisation d’une résine sur laquelle le
cuivre n’adhère pas. La résine peut être
sérigraphiée, ou appliquée totalement sur
la surface du plastique puis gravée au laser pour libérer les zones à métalliser.
• Masquage 3D par surmoulage bi-matière.
3.Projection plasma : le plasma est ensuite
mis en route et vient déposer le cuivre
à la surface de la pièce plastique et du
masque. La buse plasma est placée sur un
bras de robot, qui vient balayer les zones à
métalliser. Il suffit d’augmenter le nombre
de passages pour augmenter l’épaisseur
de métal à déposer. Pour augmenter la
productivité du procédé, il est possible de
placer les pièces sur un carrousel.
4.La dernière étape consiste à nettoyer la
surface de la pièce, pour évacuer le métal
déposé sur la résine de masquage. Plusieurs procédés sont possible à ce stade.
Chimique bien sûr, mais le but du procédé
étant d’éviter les bains, l’idéal est d’utiliser
un procédé de nettoyage par CO2 cryogénique.
Le principal intérêt de ce procédé est que
l’ensemble des étapes est intégrable en
ligne sur un site de production.
Injection bi-composants
Masquage de la surface
Projection Plasma
Nettoyage de la surface de la pièce
Illustration 1 : Les différentes étapes du procédé de Plasma Innovation
<< Quelques données clé du procédé
• Applicable sur des supports 2D et 3D,
plastiques ou autres (verre, céramique, silicium, métal…).
• Pas de limites sur les matières support,
même transparentes.
• Dépôt de métal localisé par voie sèche,
sans passer par des bains galvaniques
• Compatible ROHS / REACH.
• Multitude de matériaux déposables : mé-
Plastilien >> Avril 2014
TECHNOLOGIE
#38
taux et alliages (cuivre, bronze, aluminium,
argent, étain…), céramiques, polymères.
• Taille des poudres : de 1 à 40µm, avec
des facteurs de formes différents selon les
propriétés recherchées.
• Possibilité de faire des pistes de 5 à
500µm d’épaisseur, pour des applications
de puissance.
• Résolution inférieure à 50µm.
• Facilement intégrable sur une chaîne de
production, en pied de presse.
• Possibilité de métalliser des grandes
pièces en plaçant la torche sur un bras de
robot.
• Productivité assurée par un système de
carrousel.
marché estimé à 100 milliards de dollars,
annonçant progressivement la disparition
des lampes à incandescence ou fluorescentes… Les LED sont effet plus performantes, durent plus longtemps, tout en
consommant moins d’énergie.
<< Le marché de l’éclairage LED, premier marché visé par la technologie
Cette nouvelle technologie permet d’envisager des solutions novatrices d’intégration pour un marché majeur en très forte
croissance, celui de l’éclairage LED. Que
ce soit pour le domestique, l’automobile,
les milieux hospitalisers, industriels, ou
encore l’éclairage publique, les LED prennent de plus en plus de place dans notre
quotidien.
Le plus souvent, les fabricants utilisent des
supports en aluminium, mais ces dernières
années, les fournisseurs de matières plastiques proposent des grades, le plus souvent sur des bases polyamide, chargés
avec des céramiques conductrices. Ces
nouveaux matériaux permettent de réaliser des supports de LED en injection, tout
en conservant des propriétés de conduction thermique intéressantes.
Selon le Cabinet Mc Kinsey, si elles ne représentaient que 8% du marché en 2011,
estimé à 75 milliards de dollars, elles devraient atteindre 75% du marché en 2020,
<< Le partenariat technologique
La technologie est développée par la société Plasma Innovation, société autrichienne spécialisée dans la fabrication de
Il reste cependant une difficulté technique
quant à l’utilisation des LED : la thermique.
Au-delà de 60°C les LED perdent leurs
performances, et leur durée de vie chute
considérablement. Le principal défit est de
prévoir des « puits de chaleur » adaptés
pour capter l’énergie générée par la LED,
et la dissiper le plus rapidement possible
pour éviter tout échauffement de l’ampoule.
PLASMA INNOVATION
Plasma Innovation s’est constitué un réseau de partenaires technologiques de renom pour mettre au point le procédé :
• Billion, fabricant de presses à injecter
• Eckart, fabricant de pigments et poudres métalliques pour le plasma
• Ensinger, compounder spécialisé dans les matériaux à hautes performances
• Hennecke, fabricant d’outils de métrologie
• Lackwerke Peters, spécialiste de la formulation de résines pour l’électronique
• Thieme, fabricant de systèmes d’impression et sérigraphie, pour le masquage à plat
• 3M/ESK, fournisseur d’additifs conducteurs pour les applications LED
• Et le PEP expert en plastronique
Pour plus d’information
Plasma Innovations GmbH
Wiener Str3 - A-4800 Attnang-Puchheim
Austria
Tel.: +43 (7674) 62526-900
Fax: +43 (7674) 62526-27
[email protected]
www.plasma-innovations.com
Plastilien >> Avril 2014
systèmes de traitement de surface par
plasma atmosphérique, pour les marchés
de l’automobile et des objets domestiques.
Elle s’est récemment orientée vers la fabrication de systèmes pour le marché
de l’éclairage LED, avec l’intégration de
pistes conductrices directement sur les
supports 3D de LED grâce à sa technologie
Plasmacoad 3D.
<< Plasmacoat 3D, premier investissement prévu sur la plateforme
S2P
Instiguée par Plastipolis, le PEP et leurs
partenaires industriels, la Plateforme
Mutualisée d’Innovation S2P-Smart Plastic Products, a pour objectif de favoriser
l’émergence d’une filière industrielle « Produits Plastiques Intelligents » en France.
Actuellement en cours d’instruction chez
BPI France dans le cadre du Programme
des Investissements d’Avenir (PIA), elle
doit voir le jour courant 2014. S2P mettra
à la disposition des industriels un outil
mutualisé de développement et de fabrication de produits plastiques intelligents, de
l’étude de faisabilité jusqu’à l’industrialisation, en passant par la conception produit,
le prototypage et la réalisation de pré-séries. L’un des premiers investissements
prévus est l’acquisition du procédé Plasmacoat 3D. Plus d’infos sur www.s-2p.com
Auteur :
Maël Moguedet – BU Plastronique – PEP
Centre Technique de la Plasturgie et des
Composites
Contact :
[email protected]
Retrouvez toute notre actualité sur :
www.poleplasturgie.com