模内电子技术的现状及未来

来源:国际泵阀技术商情

发布时间:2020年2月12日下午 04:02:10

模内电子技术(IME)的特征及优势  
模内电子技术(IME)的特征及优势
 
模内电子(IME)是传统模内装饰(IMD)与印刷电子技术的结合,它通过将电路打印到塑料板上,然后进行热成型和注塑成型,使触摸控制和照明等功能直接嵌入塑料部件内部。IME在始于上世纪90年代的IMD/FIM(薄膜插入成型)技术基础上进行了扩展/丰富,可与现有工艺很自然地兼容,产品工程师因此可以减轻零部件重量、降低成本,同时提高从汽车仪表盘到家用电器的设计美观性和功能性,减少零件和制造步骤。
 
图片来源:杜邦光伏与先进材料(a)
 
作为全球正在兴起的三维结构电子技术的一部分,IME将改变甚至替代原来将电子元器件封装在盒子中这一基本解决方案的传统工艺。
 
由于不再需要机械按钮、滑动部件、线缆,IME零部件的厚度可低至2mm,重量最多减轻70%;设计更灵活,可获得3D现代化智能连续界面的设计;嵌入式开关、LED、组件的采用,最高缩短组装时间40%;电容开关直接打印在设备的表面,触摸敏感度极高;耐用性好,注塑成型部件防止组件受振动和环境影响;生产更简单、高效,成本降低30%。
 
这使得IME技术在汽车、医疗设备、白色家电、可穿戴装置、光伏电池、薄膜开关、显示器、智能包装、生物传感器、印刷电路板(PCB)等市场上日益受到欢迎,并不断扩展到更多应用领域。
 
IME的现状及市场前景
 
IME的商业应用有着复杂的历史,2012年,福特首先将这项技术应用于汽车内部设备,市场就此开始走向了大规模应用,汽车内饰和白色家电成为其中最重要的细分市场。据IDTechEx预测,2024年,IME产品市场规模将超过2.5亿美元,2029年,将超过11.1亿美元。
 
IME技术已经推出若干年,但要变成能普遍使用的成功技术平台仍需要时间。届时,包括汽车、白色家电、消费电子及各种产品的设计与制造均将成为可能。总体而言,IME是将相对简单的电子元件与结构部件整合的最好的方法。
 
从现状来看,全球已经形成了几个IME知识积累中心,但还没有从地区传播到全球产业链,因为设计过程复杂,用户不了解其潜在可能与局限,也几乎没有现成的指南和工具可用;IME组件或部件没有实现模块化或库;开发人员每次都需为选择合适的部件和材料、并使组件性能满足设计可能性而花费大量精力;生产商每次开发产品都需要克服陡峭的学习曲线,并且还必须开发几乎零缺陷容忍的工艺。
 
这些挑战显著增加了产品开发的时间、工作量,从而提高了成本,进而限制了短期内以下的可能性:(a)可以抵消风险和开发时间的大规模应用;(b)简单、复杂度低的产品;(c)将IME视为战略生产能力,即使在没有明确的产品时,依然愿意投资学习的企业。
 
但未来情况可能会得到极大改观。设计和生产知识将传播至整个产业链;设计师得以使用软件和其它设计工具来快速设计产品;行业知识经验的积累简化并加快了原型制造;适用于IME制造的材料和部件类型将更为丰富,目前可用于其它行业的硬件都可以用于IME;产业链在叠层设计和生产流程管理方面积累了丰富的知识,并学会了实验生产线扩大到量产时,不应该做哪些取舍。
 
长期来看,如果产量足够大,可能会开发特种产品,如在现有技术的基础上,开发柔性混合电子用柔性超薄集成电路。通过将这项技术转变成平台,有望创造出更多需求,就像在制造电子产品时使用PCB,或出版物中使用数字印刷一样。材料供应商需要丰富和优化IME材料组合,这是一项战略要务,以便为用户提供完整的解决方案、缩短他们的开发时间,同时为供应商提供一定程度的锁定保护和退出屏障。
 
PC(聚碳酸酯)是当今最常见的选择材料,但替代品正在出现,除了具有足够好的成型性能,还要在成本、耐溶剂性和其它特性上胜出PC;模塑材料供应商也需要在研发上投入资金,以获得工艺条件更宽的定制材料,从而使整个价值链受益。
 
导电油墨的市场机会
 
IME市场的发展,为包括导电油墨在内的材料带来了机会。导电油墨具有高效、可靠等特点,广泛应用于取代传统的电线和电路布置,以提高效率和减轻电子元件的重量。在可见的未来,全球导电油墨市场以4.0%的CAGR(年复合增长率)发展。
 
从地区来看,全球导电油墨市场可划分为亚太、北美、拉美、欧洲、中东和非洲。2017年,亚太地区是仅次于欧洲和北美的全球导电油墨主要市场。欧洲归因于创新成果的扩大、区内导电油墨企业的活跃;亚太区内因印度、马来西亚和中国等国家和地区电子电气行业的发展;北美地区大型导电油墨制造商的存在,使得这三个地区都将继续发展。
 
从产品来看,银导电油墨是全球导电油墨的重要组成部分,在电子行业广泛应用于聚酰亚胺适配电路、聚合物厚膜装置、层交换机和钽电容器涂层的RFI/EMI交叉保护等,同时还用于医疗、能源和消费电子产业。作为最细分的市场之一的纳米银导电油墨市场随着消费者偏好和新技术的发展,也得到了长足的发展。
 
图片来源:杜邦光伏与先进材料(b)
 
医用级导电油墨广泛应用于医疗电极终端应用(例如TENS和ECG阳极应用)、经皮药物传输、除颤和监测系统。在尖端医疗器械中应用的增加,将成为全球导电油墨市场的关键驱动因素。此外,汽车轻型传感器和座椅加热部件应用也推动了导电油墨全球市场向前发展。如,这种油墨可以满足高分辨率显示对OLED显示屏阴极为严苛的要求,成为当前同类应用中最前沿的解决方案之一。科研人员经过大量实验研究,成功制备出无缺陷、高性能、高分辨率的1.5英寸、96×3×64点阵、无坏点/坏线的红、绿、蓝单色和全彩色OLED显示屏,同时还制备出有机薄膜晶体管(OTFT)用银电极,为实现大面积柔性显示设备及低成本的智能电子标签等的产业化应用奠定了基础。
 
图片来源:杜邦光伏与先进材料(c)
 
这些专为模内电子而设计的油墨,在热成型和注射成型过程中具有良好的附着力和相容性,在激烈的拉伸和高温下能够正常工作。一些供应商积极加强与客户的关系和反馈,不断推进产品质量、产品性能和定制能力的提升并取得了行业领先地位。功能型油墨技术总的方向是朝着更好的延展性、更温和、固化更快、附着力更强的方向发展。
 
主要代表企业及代表产品示例
 
主要企业包括:陶氏杜邦(美国)、汉高(德国)、贺利氏(德国)、庄信万丰、Poly Inialk(法国)、太阳化学(美国)Nova Centrix(美国)、Creative Materials(美国)、应用油墨解决方案(美国)、Vorbeck Materials(美国)及其它。
 
1,陶氏杜邦(美国)是导电油墨市场的领先者之一。公司一直致力于推进有机和无机两条技术路线策略,以保持其在市场上的领先地位。例如,2018年12月,公司推出了在导电胶、保护封装材料和交叉电介质方面取得重大进展的第二代模内电子材料。这项技术通过将电路打印到塑料板上,将触摸控制和照明等功能直接嵌入塑料部件内部。因此产品工程师可以减轻重量、降低成本,同时提高从汽车仪表盘到家用电器在内的不同产品的外观设计及功能,节约零件数量和制造步骤。2019年3月,该公司投资约2.2亿美元,在俄亥俄州Circleville的工厂建设新的生产基地。
 
“在过去5年,我们一直致力于利用我们在印刷电子领域积累的数十年专业知识,积极开发新的IME材料解决方案。”2018年,在推出杜邦IME第二代产品时,杜邦电子与成像公司先进材料全球风险负责人MichaelBurrows说:“IME需要使用可靠的材料和技术专业知识,杜邦是目前唯一可以提供具有非常丰富经验的IME技术支持和完整产品系列的企业。”
 
杜邦第二代IME产品的优势包括:
 
•导电胶——比环氧基系统更柔韧,意味着成形后的附着力更好;非常适合连接LED和微电路控制器。杜邦新型IME专用粘合剂可以挠曲,避免了较脆体系在成形过程中脱层。
 
•保护性封装材料——用作连接层和顶部密封材料时,具有一流的韧度、更出色的耐磨性能和抗环境老化特性;经得起热成型和成型时的冲刷。
 
•交叉电介质——最新产品将所需的层数减少一半;这意味着在电气绝缘、高击穿电压的同时,节省了成本,缩短了处理时间。
 
2,汉高集团(德国)是导电油墨市场的另一个主要参与者。2018年2月,公司推出了湿度传感器打印用水性碳油墨Loctite ECI7005E&C。该款耐用、柔韧型油墨打印可在铝箔上,嵌入床垫最上层下方或一次性床垫内。由于传感器的导电作用,遇潮时会发出通知。适合医院、成人护理机构、日托或家庭护理,有助于改善用户的健康和舒适度。
 
用于心脏功能监测用创新技术智能健康贴片可以测量、监测心率,并向任何无线设备报告患者的心电图。智能贴片含有导电电极油墨、压敏粘合剂、保护PCB的保形涂层和Technomelt低压成型材料。
 
图片来源:汉高集团
 
轻薄、柔韧的新型LoctitePTC加热油墨适用于尺寸紧凑和富有挑战的设计,加热可控、快速、均匀,不会超过设定温度,已成功集成于车厢和汽车后视镜除霜部件,并有望用于汽车摄像镜头除霜和锂离子电池加热的低温性能要求。
 
此外,汉高针对多款导电油墨的突破性低温焊料LoctiteLM100,非常适合LED,可直接焊接至PET或PI基板的银填充导电油墨上,克服了无法与油墨形成牢固焊点的难题。
 

 

荣格编辑组稿

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