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ÉLECTRONIQUE IMPRIMÉE C'EST PARTI !

Elisabeth Feder

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ÉLECTRONIQUE IMPRIMÉE C'EST PARTI !

Les outils qui réalisent de l'électronique imprimée ne sont pas si différents de ceux utilisés pour l'impression traditionnelle.

© D.R.

Toutes les conditions sont réunies pour le décollage d'une nouvelle électronique basée sur des substrats de faible coût comme le plastique ou le papier. Attachez vos ceintures !

Léger, mince, flexible, pas cher, innovant... Les adjectifs se bousculent pour décrire les avantages de l'électronique imprimée. Cette technologie est en train d'exploser. L'industrialisation commence. Le marché potentiel laisse rêveur. Basée sur une technologie de rupture également appelée électronique organique ou électronique plastique, ce - nouveau - secteur industriel se distingue par l'utilisation d'un support de faible coût comme, par exemple, du plastique ou même du papier. Sur ce substrat sont ensuite successivement déposées, selon divers procédés - et donc un peu comme dans le cas des semi-conducteurs -, des couches de matériaux (polymères ou monomères) conducteurs, semi-conducteurs, électrophorétiques, électrochromes ou isolants dans le but de réaliser des fonctions électroniques. Le tout avec le plus d'automatisation possible pour renforcer l'aspect faible coût.

Vers un nouveau paradigme...

Les techniques de fabrication permettent d'envisager la réalisation de composants actifs tels que des transistors, des diodes ou des capteurs, ainsi que des composants passifs comme des antennes, des résistances, des condensateurs, des inductances et des conducteurs d'interconnexion et, bien sûr, des combinaisons de ces diverses structures.

Quatre couches - électrode de grille, isolant, électrodes de drain et source, semi-conducteur - composent un transistor. Idem pour une cellule solaire : substrat, anode transparente, couche de transport des trous, couche photo-active, cathode. Pour la production, il suffit d'une ligne de fabrication de semi-conducteurs désaffectée, au moins dans un premier temps. Les motifs peuvent avoir des résolutions entre 20 et 100 µm, selon les procédés mis en oeuvre pour le dépôt des différentes couches et/ou la structuration des motifs. Ces procédés sont multiples, tout comme les matériaux utilisés, qui peuvent être aussi bien des pâtes ou des liquides (encres organiques ou métallisées) que des poudres à nanoparticules.

Il y a parfois confusion entre les différents termes, et même les sociétés d'études de marché - notamment Cintelliq, IDTechEx et NanoMarkets - ont du mal à s'accorder sur le vocabulaire. Ainsi, les méthodes de fabrication ne sont pas toutes des procédés d'impression à proprement parler, et les matériaux utilisés peuvent être polymère, monomère, organique et/ou inorganique. Partant, on préfère désormais parler plus généralement d'électronique imprimée et organique.

Dans tous les cas, cependant, le spectre des applications s'amplifie avec l'arrivée d'acteurs industriels sur ce marché. Il est question de capteurs organiques, bio, chimiques, etc. (Nanoident, Bioident), de cellules solaires en plastique (Konarka), de batteries souples (Varta Microbattery), de papier électronique (E-Ink), d'afficheurs Oled (MED), électrophorétiques et/ou enroulables (PVI, Polymer Vision), d'étiquettes RFID souples (PolyIC), et même de mémoires (Thin Film Electronics, Acreo)... une liste fascinante qui ne peut que s'allonger.

Toutes ces innovations n'entrent pas, a priori, en concurrence avec l'industrie traditionnelle du semi-conducteur., l'objectif de l'électronique organique et imprimée étant justement de permettre des applications irréalisables avec des semi-conducteurs traditionnels. Mais on ne manque toutefois pas de les comparer du fait de l'énorme marché potentiel pour cette nouvelle électronique.

Du capteur chimique ou biométrique...

Certaines de ces applications sont d'ores et déjà en bonne voie d'industrialisation. Pour d'autres, la recherche et les investissements s'accélèrent, entraînant aussi bien la création de jeunes pousses innovantes que l'intérêt de poids lourds industriels, par exemple des secteurs du textile ou de l'impression pour qui se profileraient ainsi de possibles diversifications. L'association allemande OE-A (Organic electronics association), qui a récemment publié une véritable feuille de route sur l'électronique organique (lire ci-dessus), ne s'y est d'ailleurs pas trompée en s'associant cette année au salon Drupa 2008, la plus grande manifestation du monde dédiée à l'impression - à Düsseldorf en juin dernier.

Pour autant, les procédés sont loin d'être totalement matures. Il reste notamment fort à faire pour augmenter la productivité tout en réduisant les coûts et pour garantir la longévité des produits finis. Deux conditions pour un véritable décollage du marché. En témoignent aussi bien la poursuite continuelle des travaux de R&D que les retards pris dans l'arrivée de solutions sur le marché.

L'année 2009 sera-t-elle celle de l'électronique imprimée ? Les diverses conférences et expositions - au demeurant de plus en plus nombreuses - consacrées à ce thème aussi bien en Europe qu'aux États-Unis ou en Asie apportent régulièrement depuis quelques années leur lot d'annonces. Et on assiste aujourd'hui à un début de concrétisation industrielle, notamment dans le domaine des capteurs. Exemple, l'autrichien Nanoident (créé en 2004) et sa filiale Bioident. Nanoident travaille sur des dispositifs fabriqués sur mesure pour les marchés des sciences de la vie, du médical et de la sécurité, avec notamment des capteurs optoélectroniques, des capteurs chimiques et biologiques et des capteurs biométriques. Son usine de production a été inaugurée début 2007.

... à l'écran souple et enroulable

Créée en 2000, la société britannique Plastic Logic est, elle, en train de rendre opérationnelle une usine de production de volume d'écrans souples à papier électronique, à Dresde (Allemagne). Les premiers produits sont annoncés pour début 2009. L'allemand PolyIC, une société commune entre l'imprimeur Kurz et Siemens créée en 2003, produit des étiquettes RFID 13,56 MHz sur substrat plastique depuis quelques mois pour des applications expérimentales. La commercialisation de volume est en vue.

Autre acteur, Polymer Vision (un essaimage de Philips qui a pris son envol fin 2007 après plusieurs années de développement) se prépare, pour sa part, à lancer cet automne son Readius, un téléphone portable avec écran souple couleur enroulable. Il avait été présenté au salon SID en mai dernier, en coopération avec Telecom Italia. Développé en coopération avec E-Ink, cet écran serait capable d'afficher 67 000 couleurs avec une résolution de 127 pixels par pouce. Un modèle monochrome avec une résolution de 254 pixels par pouce devrait aussi être commercialisé.

De premières solutions photovoltaïques souples couches minces pour des applications grand public devraient aussi commencer à être disponibles en petit volume courant 2009. La longévité et le rendement de conversion sont les deux principaux problèmes à surmonter dans ce secteur ; la dimension des cellules solaires souples en est un autre. Actuellement, les cellules solaires souples sont réalisées sur une base polymère et un colorant organique (dye-sensitized). Elles n'affichent qu'une durée de vie très réduite et un rendement d'environ 5 % (comparable aux cellules en silicium amorphe). On pense pouvoir obtenir des cellules affichant une durée de vie de cinq à dix ans d'ici à 2015, voire 2020. D'ici là, elles risquent fort de rester cantonnées à des applications de niche.

La société Konarka Technologies, cofondée en 2001 par, entre autres, Alan Heeger, prix Nobel de physique pour ses découvertes sur les polymères semi-conducteurs, possède, elle, d'ores et déjà un catalogue de solutions photovoltaïques en plastique souple pour des applications portables mais sans production de volume significative. Elle vient de démontrer la faisabilité de cellules solaires par impression jet d'encre, ce qui laisse entrevoir des coûts de production plus bas que les techniques actuellement utilisées pour les couches minces (spin coating).

Dans le domaine des mémoires imprimées, les scandinaves Acreo et Thin Film Electronics (TFE) figurent parmi les pionniers. Quel est le marché visé ? Pour Acreo, qui a prouvé la faisabilité d'une ROM d'identification électronique, c'est notamment le marché du marquage antifraude et anticontrefaçon. TFE penche, lui, plutôt pour des solutions non volatiles de type NV-RAM, par exemple pour des applications de cartes à jouer. Leur disponibilité s'annonce pour 2010.

Vers des objets "intelligents"

Les analystes de NanoMarkets estiment qu'un marché de mémoires organiques imprimées, au moins de petite capacité, pourrait se développer dans la mesure où ces composants seraient directement intégrables à côté d'autres fonctions électroniques sur des étiquettes RFID, des capteurs, des jouets...

Enfin, il est intéressant de noter que les applications visées peuvent aussi être de grande, voire de très grande taille, ce qui les affranchit des difficultés de la miniaturisation des semi-conducteurs classiques. Cela ouvre la porte à des objets "intelligents" surdimensionnés, comme, par exemple, l'emballage électronique, les panneaux d'information ou encore l'éclairage sur grande surface, toutes choses faisables dans un avenir relativement proche !

MARCHÉ : LES AFFICHEURS OLED EN POLE POSITION

- Dans le secteur de l'électronique imprimée et des couches minces, le marché le plus important semble être aujourd'hui celui des afficheurs Oled. Il représenterait, selon IDTechEx, pas moins de 690 millions de dollars cette année. Soit près de la moitié d'un marché estimé à 1,5 milliard de dollars au total pour 2008, toutes technologies confondues, et au sein duquel la seule électronique imprimée ne pèserait néanmoins que 27,8 %. Selon IDTechEx, le marché total devrait atteindre quelque 35 à 40 milliards de dollars dès 2018, dont près de 80 % pour la seule électronique imprimée. - En 2008, avec environ 400 millions de dollars, les applications photovoltaïques arriveraient, elles, en deuxième position derrière les Oled. - Les analystes d'IDTechEx s'attendent aussi à voir décoller le marché des circuits logiques et des mémoires réalisés selon des techniques imprimées, marché qui pourrait atteindre, selon leurs estimations, une centaine de millions de dollars dès 2011/2012. - Pour Frost & Sullivan, le secteur des seules mémoires réalisées avec des techniques d'électronique imprimée pourraient même peser 4,5 milliards de dollars d'ici à 2013, pour passer ensuite à 18 milliards de dollars en 2017 et à 125 milliards de dollars en 2027. - Enfin, NanoMarkets se trouve sur une longueur d'onde particulièrement optimiste en prédisant un marché de 40 milliards de dollars pour l'ensemble de l'électronique imprimée en 2013, dont quelque 30 à 40 % pour les seules mémoires.

VOUS AVEZ DIT "IMPRESSION" ?

Diverses techniques de transfert d'image, dont certaines utilisées pour l'impression graphique ou industrielle, servent dans l'électronique imprimée.

- La flexographie permet d'atteindre des résolutions de 20 µm et moins. - La gravure après déposition, par exemple par laser, permet de contrôler précisément les dimensions des motifs. - Le jet d'encre est la seule méthode totalement numérisée, particulièrement adaptée aux motifs fins. - L'offset offre la plus grande productivité avec 15 000 m2 à l'heure, mais nécessite des encres conductrices de très grande viscosité. - La sérigraphie est une technique mature utilisée pour les circuits imprimés, adaptée aux couches plus épaisses.

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