Améliorer l’imagerie THz de l’électronique flexible par l’IA
Achetée sur Gettyimages. Droits d’auteur.
Aujourd’hui, nos mains s’exercent sur une caricature flexible de l’avenir… Saisi un rêve à l’horizon et fais-lui franchir l’espace-temps.”
Tendre vers l’avenir
Nous vivons dans un monde piloté par l’électronique. De l’analogique au numérique, de DOS à Windows, de l’iPhone à l’iPhone 14 Pro Max… Nous sommes témoins d’une évolution accélérée de l’électronique. Pour répondre à la demande croissante, les chercheurs s’efforcent de trouver des produits électroniques plus pratiques et plus efficaces. Les électroniques flexibles imprimables (EI) sont plus légères, économiques, écologiques, intelligentes, robustes, minces, flexibles, tout en étant moins énergivores que les appareils électroniques actuels. L’électronique imprimable est un circuit imprimé sur un substrat (plastique, peau, tissu, etc.) à l’aide d’une encre métallique. Outre leur grande flexibilité et leur légèreté, ces dispositifs ont l’avantage de permettre une production de masse à moindre coût. Des écrans flottants aux implants de mémoire, l’avenir offert par l’électronique imprimable flexible semble tiré tout droit de la science-fiction.
De plus en plus léger
Les progrès technologiques dans les domaines comme la médecine et la chirurgie, l’électronique grand public, l’énergie, l’aérospatiale, les soins de santé, l’espace, les communications, l’armée et autres nécessitent des composants électroniques performants de poids négligeable.
L’électronique flexible : un marché de plus de 61 milliards de $ US d’ici 2030!
L’électronique flexible est un marché concurrentiel où les principaux fabricants investissent dans la R et D pour obtenir des produits innovants et renforcer leur position sur le marché. Depuis le début de l’électronique imprimable, ce marché a enregistré une croissance annuelle de 11,8 %, selon les données de 2022. Qu’il s’agisse de super condensateurs en papier, de bandes de tests COVID ou de tissus électroniques imprimés, l’année 2022, à elle seule, a connu une avalanche de produits électroniques flexibles imprimables innovants.
C’est de l’or en barre. Alors, quel est le problème ?
Le principal défi de l’électronique imprimable flexible est le contrôle qualité. La réduction de taille a un coût lié aux fluctuations dans la mobilité du support en fonction de la température, des fuites du support, de la faible marge de bruit et autres. La résolution de la plupart des procédés d’impression se situe désormais entre 5μm et 100μm. Augmenter la résolution d’impression tout en maintenant les paramètres dans des plages optimales représente un défi technique. La modification de la conductivité due à la flexion ou à la torsion des matériaux doit également être surveillée dans l’analyse des performances.
La solution en un seul clic !
Les térahertz (THz), ondes dont la fréquence se situe entre les micro-ondes et l’infrarouge du spectre électromagnétique, peuvent à la fois susciter et mesurer des changements dans les propriétés électriques de la matière. L’imagerie THz s’avère donc une technique efficace pour mesurer les propriétés électriques de la matière. Cette technique peut être utilisée pour la caractérisation des EI. Notre groupe de recherche a conçu une source THz [1] innovante ainsi que des techniques d’imagerie THz [2, 3]. Il est essentiel de pouvoir détecter la conductivité par des méthodes sans contact pour le contrôle qualité de l’électronique imprimable flexible. La première technique non destructive de contrôle qualité sans contact par spectroscopie THz dans le domaine temporel (THz-TDS) [4] a été présentée par notre groupe de recherche en 2019.
Figure 1 : Image visible et THz d’un titre de transport. Le circuit imprimé conducteur et le papier non conducteur sont bien cartographiés par imagerie THz. Avez-vous remarqué que la puce près de la bordure gauche est bidon?
L’avènement de l’IA et de l’IdO a touché tous les domaines de recherche et développement. À partir d’algorithmes d’apprentissage profond, nous concevons des technologies qui sont à même de révolutionner la production d’électroniques imprimables. Grâce à nos nouvelles techniques d’imagerie THz, nous avons capté des images THz d’échantillons d’EI dans différents environnements. Nous créons des modèles d’apprentissage machine qui peuvent prédire la qualité d’un échantillon et ses paramètres, notamment la conductivité, la mobilité des supports, la tolérance à la température et la précision de l’impression, simplement en regardant son image ! Des modèles profonds conçus à partir de réseaux neuronaux convolutifs (CNN) permettent, à l’aide de quelques paramètres, de configurer l’image THz résultante selon le concept visé et de détecter les variations d’impression. La détection des variations en temps réel peut se faire en entraînant un modèle de régression pour cerner les défauts directement à partir des images brutes captées grâce à une architecture multicouche. Les étapes d’extraction et de configuration des caractéristiques sont intégrées dans la même architecture pour obtenir des performances plus rapides. De plus, une architecture de prédiction de la qualité construite sur des concepts cibles peut aider à réduire les coûts de production en minimisant le gaspillage.
Ici, à TeraÉTS, nous espérons que nos nouvelles recherches sauront s’inscrire dans l’avènement de la future électronique imprimable flexible.
