Aperçu technique de l'EIPC : nouveau laser

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« L'été est fini, maintenant c'est le retour au travail ! » C'était la ligne d'ouverture de l'invitation au 18e webinaire EIPC Technical Snapshot, le 14 septembre, sur le thème des avancées dans la technologie de l'électronique automobile, présenté et modéré par le président de l'EIPC, Alun Morgan.

La première présentation, intitulée « Le composant intelligent entièrement imprimé – combinant la fabrication additive et l'impression de capteurs », est venue de Jonas Mertin, spécialiste du traitement de couches minces à l'Institut Fraunhofer de technologie laser.

Il a expliqué comment les propriétés et les fonctionnalités des revêtements isolants et conducteurs dans l'électronique imprimée et les capteurs embarqués peuvent être améliorées par le traitement de couches minces et a décrit deux approches : la modification par laser des surfaces de composants déjà revêtues et la production additive de films par revêtement et post-traitement thermique.

Considérant en détail la deuxième approche, il a illustré la succession des étapes de traitement : prétraitement de surface, dépôt de solution chimique de sol-gels ou de dispersions de nanoparticules, séchage par laser et fonctionnalisation par laser. Cette procédure n'implique aucun processus par lots ou sous vide et est capable d'un fonctionnement en ligne automatisé. Il est économe en ressources, flexible et peu coûteux. Le matériau fonctionnel peut être appliqué sur des zones sélectives du substrat, permettant l'individualisation des produits de masse, et il est possible de travailler sur des substrats sensibles à la température comme une feuille de polyester.

La demande de composants dotés de fonctions intégrées continue d'augmenter. Mertin a présenté plusieurs concepts d'application et d'intégration pour les capteurs imprimés et a évoqué le projet phare « Go Beyond 4.0 » de Fraunhofer, qui vise à combiner les méthodes de production traditionnelles avec des technologies d'avenir et des méthodes de fabrication numérique pour développer de nouvelles stratégies et innovations de processus dans des domaines pertinents pour le marché. domaines d'application tels que la production automobile. Dans son exemple, des modules numériques pour l'impression additive et l'ablation laser de matériaux ont été intégrés dans des processus existants pour incorporer des capteurs piézoélectriques d'alerte précoce en cas d'impact dans la structure d'une portière de voiture, en utilisant la structuration laser pour intégrer des couches imprimées, l'impression et le séchage laser de couches d'isolation diélectrique, puis impression et durcissement au laser de couches conductrices électriques sur l'isolation. D'autres exemples étaient les jauges de contrainte intégrées et les couches fonctionnelles pour l'électronique haute puissance. L'impression directe de fonctionnalités sur des composants semi-finis ou finis constitue une approche de fabrication facilement automatisée et peut également être utilisée pour ajouter diverses fonctionnalités aux composants imprimés en 3D. Non seulement les produits finaux, mais aussi les outils : l'exemple final de Mertin était une fraise imprimée en 3D avec des jauges de contrainte imprimées et frittées au laser intégrées derrière les pointes de coupe.

Une nouvelle approche de la gestion thermique des composants électroniques de puissance a été présentée par Christopher Rocneanu, vice-président du développement commercial chez IQ Evolution en Allemagne, qui a décrit la production et les applications de dissipateurs thermiques refroidis par liquide, imprimés en 3D en acier inoxydable. Pourquoi l'acier inoxydable plutôt que le cuivre ou l'aluminium ? La réponse n’est pas seulement sa résistance à la corrosion, mais aussi sa capacité à former des structures à parois extrêmement fines par fusion sélective au laser. Le processus de fabrication sans outil implique la fusion couche par couche de poudre d'acier inoxydable par une machine laser pilotée par un fichier CAO 3D. Des formes complexes sans fuite avec des épaisseurs de paroi de 150 microns peuvent être obtenues, alors que les géométries équivalentes en cuivre ou en aluminium nécessiteront 800 microns ou plus.

Le processus permet non seulement un prototypage rapide, mais convient également à une production de masse. La poudre métallique est appliquée en couches très fines et fondue par un faisceau laser, créant une structure métallique homogène aux points où le laser fait fondre la poudre. Les zones restantes de la poudre restent inchangées et sont éliminées à la fin du processus. La géométrie est fonction du diamètre du faisceau, de la taille des grains de la poudre, de l'épaisseur de la couche, de la vitesse et de la puissance du faisceau laser, ainsi que du pas sélectionné entre les balayages successifs. Les dissipateurs thermiques en acier inoxydable obtenus sont capables de dissiper des charges thermiques importantes avec une très faible résistance thermique.