IDTechEx 보고서: 3D 전자공학으로 더 큰 통합 가능

직원이 게시함 | 2022년 4월 14일

3D 전자 장치는 물체 내부 또는 표면에 전자 장치를 통합할 수 있는 새로운 제조 접근 방식입니다. 이는 사출 성형된 플라스틱 물체의 표면에 안테나와 간단한 전도성 상호 연결을 추가하는 데 오랫동안 사용되어 왔지만, 새로운 기술을 활용하여 다양한 재료로 만들어지는 보다 복잡한 회로가 점점 더 추가되고 있습니다.

또한 3D 적층 전자 기술을 사용하면 완전한 회로를 물체 내에 통합할 수 있어 제조 단순화 및 새로운 폼 팩터를 포함하는 다양한 이점을 제공합니다. 3D 전자 장치를 사용하면 전자 기능을 추가하기 위해 더 이상 단단한 평면 PCB를 물체에 통합한 다음 관련 스위치, 센서, 전원 및 기타 외부 구성 요소를 배선할 필요가 없습니다.

3D 전자 장치에는 세 가지 주요 접근 방식이 있으며, 각 접근 방식은 새로운 IDTechEx 보고서 "3D 전자 장치/적층 전자 장치(2022-2032년: 3D 표면, 인몰드 전자 장치 및 완전 적층형 3D 전자 장치)에 전자 장치 적용"에서 자세히 논의됩니다.

가장 확립된 접근 방식은 레이저 직접 구조화(LDS)로, 사출 성형 플라스틱의 첨가제가 레이저에 의해 선택적으로 활성화됩니다. 이는 무전해 도금을 사용하여 후속적으로 금속화되는 패턴을 형성합니다. LDS는 약 10년 전에 엄청난 성장을 보였으며 매년 수억 개의 장치를 제조하는 데 사용되며 그 중 약 75%가 안테나입니다. 그러나 이 금속화 방법은 첨가제가 포함된 사출 성형 부품에만 적용할 수 있으며 단일 금속층만 증착할 수 있으므로 회로 복잡성이 제한됩니다.

이러한 제한 사항을 감안할 때 다른 접근 방식이 기반을 얻고 있습니다. 여러 전도성 플레이크로 구성된 점성 현탁액인 압출 전도성 페이스트는 이미 소수의 안테나에 사용되고 있으며 전체 회로를 3D 표면에 증착하는 시스템에 선택되는 접근 방식입니다. 에어로졸 분사 및 LIFT(레이저 유도 전방향 전사)는 각각 더 높은 해상도와 광범위한 재료의 빠른 증착을 제공하는 또 다른 새로운 디지털 증착 기술입니다.

전자 장치를 3D 구성 요소로 열성형하기 전에 인쇄/장착하는 인몰드 전자 장치(IME)는 특히 정전식 터치 감지 및 조명이 필요한 경우 전자 장치의 더 큰 통합으로의 전환을 촉진합니다. IME는 열성형된 3D 표면을 갖춘 구성 요소에 통합 기능을 통합할 수 있도록 함으로써 최대 70%의 무게 및 재료 소비 감소, 훨씬 간단한 조립 등 기존 기계식 스위치에 비해 여러 가지 이점을 제공합니다.

IME는 장식 코팅이 된 플라스틱 시트를 열성형 및 후속 사출 성형을 통해 3차원으로 변환하는 잘 확립된 IMD(인몰드 장식)의 확장입니다. IME는 전도성 열성형 잉크의 초기 스크린 인쇄, 이어서 전기 전도성 접착제의 증착 및 현재 주로 LED인 표면 실장 장치(SMD)의 장착을 통해 IMD와 다릅니다.

IME의 장기 목표는 오늘날 견고한 PCB와 마찬가지로 확고한 플랫폼 기술이 되는 것입니다. 이것이 달성되면 전자 설계 파일을 전송하기만 하면 부품/회로를 생산할 수 있습니다. 기술의 더 큰 수용과 함께 이를 위해서는 명확한 설계 규칙, 확립된 표준을 준수하는 재료, 그리고 결정적으로 전자 설계 도구의 개발이 필요합니다.

틀림없이 적층형 전자 장치에 대한 가장 혁신적인 접근 방식은 완전히 3D 프린팅된 전자 장치로, 일반적으로 열가소성 수지인 유전체 재료와 전도성 재료가 순차적으로 증착됩니다. 배치된 SMD 구성 요소와 결합하면 잠재적으로 3D 플라스틱 물체에 복잡한 다층 구조가 내장된 회로가 생성됩니다. 핵심 가치 제안은 매번 마스크와 몰드를 제조하는 비용을 들이지 않고도 각 물체와 내장 회로를 다른 디자인으로 제조할 수 있다는 것입니다.