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Grenoble INP
LGP2, un pôle de recherche innovant
École internationale
du papier, de la communication imprimée
et des biomatériaux

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Laboratoire Génie des Procédés Papetiers (LPG2)
LGP2, un pôle de recherche innovant

Papier pour impression industrielle de tags RFID

Publié le 24 octobre 2017
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Soutenance 12 juillet 2017

Victor THÉNOT, doctorant du LGP2, a soutenu sa thèse : "Impression et recuits sélectifs d’encres métalliques sur papier. Optimisation des propriétés électriques de boucles RFID-HF en vue d’une production industrielle".

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Cette thèse de doctorat de l’Université Grenoble Alpes a été préparée sous la direction de Nadège REVERDY-BRUAS, Maître de Conférences HDR, de Denis CURTIL, Ingénieur de Recherche (Grenoble INP-Pagora / LGP2) et de Mohamed SAADAOUI, Maître de Conférences (École des Mines, Saint-Étienne).

Elle étudie le potentiel d'un papier à fort lissé pour la production de masse de tags RFID-HF imprimés. Les caractérisations menées sur le papier PowerCoat HD mettent en évidence une haute tolérance à la température et une faible rugosité. De fait, il se présente comme une sérieuse alternative au recours à des films polymères (PET. PEN, Pl, etc.), permettant de développer pleinement les performances électriques des encres conductrices métalliques.

Deux procédés d'impression industriels sont considérés : la flexographie et la sérigraphie qui, depuis des décennies, ont toutes deux fait leurs preuves pour l'impression graphique à hautes cadences. Leur potentiel pour imprimer à grande échelle des dispositifs électroniques à bas coût est discuté dans ces travaux. De plus, les performances électriques d'encres commerciales à base d’argent sont examinées en fonction de la taille des particules qui les composent. En effet, l'usage de particules métalliques à l'échelle nanométrique peut faciliter l'activation des mécanismes de diffusion atomique, améliorant ainsi le contact physique entre les particules et favorisant la conduction électrique. En outre, les encres à microparticules sont moins coûteuses et leurs conditions d'utilisation moins contraignantes. Toutefois, la coalescence des particules métalliques après l'impression ne peut être initiée sans un traitement thermique de recuit.

Le recuit est généralement réalisé dans une étuve ou un tunnel à air chaud. La température doit rester inférieure à la tolérance du substrat ce qui permet d’atteindre des performances électriques cependant limitées pour des procédés durant plusieurs minutes. Pour tenir compte des contraintes d'une production industrielle et obtenir les meilleures performances électriques en un temps réduit, l'un des principaux axes de recherche explorés est le déploiement des technologies émergentes de recuit photonique proche infrarouge (NIR) et de lumière intense pulsée (IPL). Ces dernières sont basées sur l'absorption de l'énergie lumineuse par le film d'encre provoquant ainsi son échauffement rapide. En outre, l'important différentiel d'absorption entre les encres et le substrat contribue à une sélectivité de ces procédés limitant la dégradation du support tout en atteignant, au niveau de l'encre, des températures pouvant dépasser 300°C. Pour chaque procédé de recuit, l'influence des différents paramètres sur les performances électriques finales a été étudiée par un suivi in situ de la résistance, permettant un échantillonnage allant jusqu'à 250 kHz.

Finalement, des boucles RFlD-HF ont été imprimées, recuites dans les conditions précédemment optimisées puis caractérisées. Les coûts de production ont été estimés afin de distinguer les contributions liées à l'encre, au support et à la puce électronique en silicium. Les résultats obtenus mettent en évidence le potentiel du papier PowerCoat HD, couplé à une impression en flexographie et à un recuit proche infrarouge, permettant la production à grande échelle de tags RFID-HF pour un coût matière total de 5 centimes d'euros.

Thèses du LGP2 (2017)

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Rédigé par Anne Pandolfi

mise à jour le 25 octobre 2017

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