Relatório IDTechEx: A eletrônica 3D permite maior integração

Postado pela equipe | 14 de abril de 2022

A eletrônica 3D é uma abordagem de fabricação emergente que permite a integração da eletrônica dentro ou na superfície dos objetos. Embora tenha sido usado há muito tempo para adicionar antenas e interconexões condutivas simples à superfície de objetos de plástico moldados por injeção, circuitos mais complexos estão sendo adicionados cada vez mais, feitos de uma variedade de materiais, utilizando novas técnicas.

Além disso, a tecnologia eletrônica aditiva 3D permite que circuitos completos sejam integrados em um objeto, oferecendo vários benefícios que incluem fabricação simplificada e novos fatores de forma. Com a eletrônica 3D, a adição de funcionalidade eletrônica não requer mais a incorporação de uma placa de circuito impresso rígida e plana em um objeto e, em seguida, a conexão dos interruptores, sensores, fontes de energia e outros componentes externos relevantes.

Existem três abordagens principais para a eletrônica 3D, cada uma discutida em detalhes no novo relatório da IDTechEx, "Eletrônica 3D/Eletrônica Aditiva 2022-2032: Aplicando a eletrônica a uma superfície 3D, eletrônica no molde e eletrônica 3D totalmente aditiva".

A abordagem mais estabelecida é a estruturação direta a laser (LDS), na qual um aditivo no plástico moldado por injeção é ativado seletivamente por um laser. Isso forma um padrão que é subsequentemente metalizado usando galvanoplastia. O LDS teve um crescimento tremendo há cerca de uma década e é usado para fabricar centenas de milhões de dispositivos a cada ano, cerca de 75% dos quais são antenas. No entanto, este método de metalização só pode ser aplicado a componentes moldados por injeção com um aditivo e permite apenas a deposição de uma única camada de metal, limitando assim a complexidade do circuito.

Dadas essas limitações, outras abordagens estão ganhando espaço. A pasta condutora de extrusão, uma suspensão viscosa que compreende vários flocos condutores, já é usada para uma pequena proporção de antenas e é a abordagem de escolha para sistemas que depositam circuitos inteiros em superfícies 3D. Jateamento de aerossol e transferência direta induzida por laser (LIFT) são outras tecnologias emergentes de deposição digital, que têm, respectivamente, resoluções mais altas e deposição rápida de uma ampla gama de materiais.

A eletrônica moldada (IME), na qual a eletrônica é impressa/montada antes da termoformação em um componente 3D, facilita a transição para uma maior integração da eletrônica, especialmente onde a detecção de toque capacitivo e a iluminação são necessárias. Ao permitir que funcionalidades integradas sejam incorporadas a componentes com superfícies 3D termoformadas, o IME oferece múltiplas vantagens em relação aos interruptores mecânicos convencionais, incluindo redução de peso e consumo de material de até 70% e montagem muito mais simples.

O IME é uma extensão da bem estabelecida decoração em molde (IMD), na qual folhas de plástico com revestimento decorativo são convertidas em três dimensões por meio de termoformagem e subsequente moldagem por injeção. O IME difere do IMD através da serigrafia inicial de tintas termoformáveis ​​condutivas, seguida pela deposição de adesivos eletricamente condutivos e a montagem de dispositivos de montagem em superfície (SMDs), principalmente LEDs atualmente.

A meta de longo prazo para o IME é se tornar uma tecnologia de plataforma estabelecida, da mesma forma que o PCB rígido é hoje. Feito isso, obter um componente/circuito produzido será simplesmente uma questão de enviar um arquivo de projeto eletrônico. Juntamente com uma maior aceitação da tecnologia, isso exigirá regras de design claras, materiais que estejam em conformidade com os padrões estabelecidos e, principalmente, o desenvolvimento de ferramentas de design eletrônico.

Indiscutivelmente, a abordagem mais inovadora da eletrônica aditiva é a eletrônica totalmente impressa em 3D, na qual materiais dielétricos - geralmente termoplásticos - e materiais condutores são depositados sequencialmente. Combinado com componentes SMD colocados, isso resulta em um circuito, potencialmente com uma estrutura multicamada complexa incorporada em um objeto de plástico 3D. A proposição de valor principal é que cada objeto e circuito embutido podem ser fabricados com um design diferente sem a despesa de fabricação de máscaras e moldes a cada vez.