Dispositivi in plastica miniaturizzati intelligenti

Il concetto di MID 3D esiste dagli anni 80. Anche se la tecnologia però promette grandi vantaggi rispetto alle tradizionali schede di circuiti stampati, una serie di problemi ne hanno ostacolato la commercializzazione. Man mano che la tecnologia matura, i progressi dovrebbero permettere di superare le sfide rappresentate da complessi e costosi requisiti tecnologici.

La crescita annuale del mercato è stata stabile a circa il 20% per diversi anni e gli scienziati europei hanno in programma una forte presenza con il progetto 3D-HIPMAS (“Pilot factory for 3D high precision MID assemblies”), finanziato dall’UE. La tecnologia sarà dimostrata in una futuristica fabbrica pilota europea. Sono in programma quattro dimostratori, consistenti in micro pile a combustibile, strumenti ausiliari audio, micro interruttori e sensori di pressione automobilistici.

La fabbricazione si basa su processi di placcatura selettiva su plastica basata su strutturazione laser diretta (LDS). Un raggio laser “disegna” un circuito sulla superficie di una parte stampata con un additivo sensibile a laser contenente plastica. La superficie della plastica attivata viene quindi ricoperta da strati di metallo simili a quelli usati nella tecnologia dei pannelli a circuiti stampati.

Gli scienziati hanno selezionato materie prime in plastica e hanno sviluppato diverse termoplastiche ad alte prestazioni contenenti nuovi additivi LDS a fibre fini. Hanno sviluppato anche una macchina a laser con un obiettivo molto sottile e un nuovo processo di placcatura per produrre peci metalliche sottilissime fino a 70 µm.

Lo stampaggio a due strati, la tecnica più usata, sfrutta lo stampaggio a iniezione delle resine polimeriche in due fasi e la conseguente attivazione per la placcatura metallica conduttiva. L’innovativo processo sperimentale di stampaggio a due fasi è stato improntato e il processo è in fase di ottimizzazione.

I ricercatori stanno sviluppando anche l’assemblaggio di componenti elettronici in 3D necessari insieme a sistemi affidabili di monitoraggio e controllo della qualità. I concetti di assemblaggio in 3D e manipolazione sono stati sviluppati per ottenere alta precisione e grandi volumi di produzione. L’equipe sta attualmente mettendo insieme il sistema d’ispezione a raggi X che sarà usato per la lavorazione e il controllo della qualità online.

La tecnologia di 3D-HIPMAS dovrebbe ridurre l’uso di materie prime, il consumo di energia e i costi, oltre a migliorare il tempo di ciclo e il rendimento della produzione. Esiste già un piano per il trasferimento degli elementi costitutivi agli impianti di produzione industriale in tutta Europa per una maggiore competitività nella produzione di micro componenti intelligenti in plastica.