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3Dエレクトロニクス/積層エレクトロニクス 2024-2034：技術、プレーヤー、市場3D Electronics/Additive Electronics 2024-2034: Technologies, Players, and Markets IDTechExのレポート「3Dエレクトロニクス/積層エレクトロニクス」： 2024-2034」は、エレクトロニクスを3D領域にもたらす技術や市場動向を分析している。その大半はインタビューに基づくもので、30社以上の企... もっと見る
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サマリー
IDTechExのレポート「3Dエレクトロニクス/積層エレクトロニクス」： 2024-2034」は、エレクトロニクスを3D領域にもたらす技術や市場動向を分析している。その大半はインタビューに基づくもので、30社以上の企業プロファイルから、3Dエレクトロニクスの3つの異なるセグメント、すなわち3D表面へのエレクトロニクスの適用（部分的アディティブ）、インモールドエレクトロニクス、完全アディティブエレクトロニクスを評価しています。それぞれのセグメントにおいて、異なる技術、潜在的な採用障壁、応用機会を評価している。また、各技術とアプリケーション分野の10年間の詳細な市場予測を、売上高と面積/体積の両方で掲載しています。
3Dエレクトロニクスの動機
部分加法3Dエレクトロニクスは、3D射出成形プラスチック物体の表面にアンテナや単純な導電性相互接続を追加するために長い間使用されてきたが、新しい技術を利用することで、より複雑な回路をさまざまな材料で作られた表面に追加することがますます増えている。さらに、インモールド・エレクトロニクスと3Dプリント・エレクトロニクスは、完全な回路を物体内に組み込むことを可能にし、製造の簡素化と斬新なフォーム・ファクターを含む複数の利点を提供します。3Dエレクトロニクスでは、電子機能を追加するために、もはや剛性のある平面PCBを物体に組み込み、関連するスイッチ、センサー、電源、その他の外部コンポーネントを配線する必要はありません。
本レポートでは、自動車、消費財、ICパッケージング、医療機器の各分野で異なる製造技術がどのように展開されているかを示す数多くのケーススタディとともに、複数のアプリケーションについて、それぞれのアプローチの長所と短所を相互に比較検討している。さらに、技術とその要件の詳細な分析を通じて、IDTechExは材料と製造方法の両方における技術革新の機会を特定している。
3D表面へのエレクトロニクス応用
3D物体の表面に電気的機能を付加する最も確立されたアプローチは、レーザーダイレクトストラクチャリング（LDS）である。LDSは10年ほど前に急成長を遂げ、毎年数億個のデバイスの製造に使用されており、そのうちの約75％はアンテナである。しかし、LDSは高速パターニングが可能であり、広く採用されているにもかかわらず、いくつかの弱点があり、表面メタライゼーションに別のアプローチを採用する余地が残されている。バルブジェットプリンティングまたはディスペンシングと呼ばれる技術は、広範囲の材料成膜を可能にし、アンテナのごく一部にすでに使用されており、3D表面に回路全体を成膜するシステムには最適なアプローチである。
エアロゾル噴射とレーザー誘起前方移動（LIFT）は他のデジタル成膜技術であり、それぞれより高い解像度と幅広い材料の迅速な成膜を提供する。超精密ディスペンス、電気流体力学的印刷、インパルス印刷、パッド印刷、スプレーメタライゼーションなどの他の新興技術も本レポートでベンチマークしており、3D表面へのエレクトロニクスの新たな市場可能性を可能にしている。現在のLDS技術のデジタル成膜法の利点は、同じ印刷システム内で誘電体材料も成膜できることであり、それによって多層回路が可能になる。絶縁性接着剤や導電性接着剤も蒸着できるため、SMD部品を表面に実装することができる。
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各用途におけるメタライゼーション法の現状と市場の可能性。出典：IDTechEx
インモールドエレクトロニクス
インモールドエレクトロニクス（IME）は、3D部品に熱成形する前にエレクトロニクスを印刷／実装するもので、特に静電容量式タッチセンシングや照明が必要な場合、エレクトロニクスの統合化への移行を促進します。IMEは、従来の機械式スイッチに比べ、重量と材料消費量を最大70％削減し、組み立てを大幅に簡素化するなど、複数の利点を提供する。IMEの製造工程は、よく確立されたインモールド・デコレーション（IMD）工程の延長と見なすことができるため、既存の工程知識と資本設備の多くを再利用することができる。IMEがIMDと異なる点は、最初に導電性熱成形インクをスクリーン印刷し、その後、導電性接着剤を蒸着し、SMD（表面実装デバイス、現在は主にLED）を実装することである。また、誘電体インクを印刷することで、より複雑な多層回路を製造し、クロスオーバーを可能にすることもできる。
幅広い用途があり、サイズ、重量、製造の複雑さが軽減されるという利点があるにもかかわらず、IME一体型SMD部品の商業的展開は、これまでのところかなり限られている。この比較的遅い採用は、特に主要なターゲット市場である自動車内装において、自動車の認定要件を満たすことの難しさと、熱成形部品への機能性フィルムの適用など、より洗練されていない代替手段の範囲の両方に起因しています。この技術がより広く受け入れられるためには、明確な設計ルール、確立された規格に適合する材料、そして電子設計ツールの開発が不可欠です。
完全プリント3Dエレクトロニクス
最も開発が遅れている技術は、誘電体材料と導電性材料を順次堆積させる完全印刷3Dエレクトロニクスである。配置されたSMD部品と組み合わされることで、複雑な多層構造を持つ回路が3Dプラスチック・オブジェクトに埋め込まれる可能性がある。核となる価値提案は、マスクや金型を毎回製造するコストをかけずに、各オブジェクトと埋め込み回路を異なる設計で製造できることだ。したがって、完全3Dプリンティング・エレクトロニクスは、さまざまなコンポーネントを短期間で製造する必要がある用途に適している。この技術は、カスタマイズされた形状や機能性が重要な用途にも有望である。3Dプリンテッドエレクトロニクスは、同じ装置を使用してさまざまな部品を製造することができ、それに伴って単価と体積が切り離されるため、オンデマンド製造への移行も可能になる可能性がある。
完全に3Dプリンティングされたエレクトロニクスの課題は、各層を順次堆積させる必要があるため、基本的に製造が射出成形による部品製造よりもはるかに遅いプロセスであることだ。複数のノズルを使用することで印刷プロセスを高速化することは可能だが、カスタマイズ可能性が目に見える利点となるアプリケーションを対象とするのが最適である。また、さまざまな材料特性を考慮すると、信頼性の確保も課題である。さらに、電子部品が埋め込まれている場合、その場限りの修理は不可能である。1つの戦略として、画像解析を使用して各層をチェックし、次の層を蒸着する前に修理を行う方法がある。
包括的分析と市場予測
IDTechExは、2012年に最初のプリンテッド・フレキシブルセンサーレポートを発表して以来、10年以上にわたって新興プリンテッドエレクトロニクス市場を調査してきました。それ以来、私たちは世界中の主要プレーヤーにインタビューを行い、多数の会議に出席し、複数のコンサルティングプロジェクトを実施し、このトピックに関するクラスやワークショップを開催するなど、技術および市場の発展に密着してきました。これにより、3Dエレクトロニクスの技術および市場の全体像を、プリンテッドエレクトロニクス分野全体とともに提供することが可能になりました。
本レポートでは、以下の情報を提供しています：
技術動向とメーカー分析
市場予測と分析：
目次
Summary
この本レポートでは、自動車、消費財、ICパッケージング、医療機器の各分野で異なる製造技術がどのように展開されているかを示す数多くのケーススタディとともに、複数のアプリケーションについて詳細に調査・分析しています。
主な掲載内容（目次より抜粋）
Report Summary
IDTechEx's report '3D Electronics/Additive Electronics: 2024-2034" analyses the technologies and market trends that promise to bring electronics into the 3D realm. Drawing from over 30 company profiles, the majority based on interviews, it assesses three distinct segments of the 3D electronics landscape: applying electronics to a 3D surface (partially additive), in-mold electronics, and fully additive electronics. Within each segment, the report evaluates the different technologies, potential adoption barriers, and application opportunities. It includes detailed 10-year market forecasts for each technology and application sector, delineated by both revenue and area/volume.
Motivation for 3D electronics
While partially additive 3D electronics has long been used for adding antennas and simple conductive interconnects to the surface of 3D injection-molded plastic objects, more complex circuits are increasingly being added onto surfaces made from a variety of materials by utilizing new techniques. Furthermore, in-mold electronics and 3D printed electronics enable complete circuits to be integrated within an object, offering multiple benefits that include simplified manufacturing and novel form factors. With 3D electronics, adding electronic functionality no longer requires incorporating a rigid, planar PCB into an object then wiring up the relevant switches, sensors, power sources, and other external components.
The report weighs the pros and cons of each approach against each other for multiple applications, with numerous case studies showing how the different manufacturing techniques are deployed across the automotive, consumer goods, IC packaging and medical device sectors. Furthermore, through detailed analysis of the technologies and their requirements, IDTechEx identifies innovation opportunities for both materials and manufacturing methods.
Applying electronics to a 3D surface
The most established approach to adding electrical functionality onto the surface of 3D objects is laser direct structuring (LDS). LDS saw tremendous growth around a decade ago and is used to manufacture hundreds of millions of devices each year, around 75% of which are antennas. However, despite its high patterning speed and widespread adoption, LDS has some weaknesses that leave space for alternative approaches to surface metallization. Valve jet printing or termed dispensing, a technique enabling wide range of materials deposition, is already used for a small proportion of antennas, and is the approach of choice for systems that deposit entire circuits onto 3D surfaces.
Aerosol jetting and laser induced forward transfer (LIFT) are other digital deposition technologies, which offer higher resolutions and rapid deposition of a wide range of materials respectively. Other emerging techniques such as ultra precise dispensing, electrohydrodynamic printing, impulse printing, pad printing, spray metallization are also benchmarked in this report, enabling new market potential of electronics on 3D surfaces. An advantage of digital deposition methods of the incumbent LDS technology is that dielectric materials can also be deposited within the same printing system, thereby enabling multilayer circuits. Insulating and conductive adhesives can also deposited, enabling SMD components to be mounted onto the surface.
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Status and market potential of metallization methods for each application. Source: IDTechEx
In-mold electronics
In-mold electronics (IME), in which electronics are printed/mounted prior to thermoforming into a 3D component, facilitates the transition towards greater integration of electronics, especially where capacitive touch sensing and lighting is required. IME offers multiple advantages relative to conventional mechanical switches, including reduction in weight and material consumption of up to 70% and much simpler assembly. The IME manufacturing process can be regarded as an extension of the well established in-mold decorating (IMD) process, thus much of the existing process knowledge and capital equipment can be reused. IME differs from IMD though the initial screen printing of conductive thermoformable inks, followed by deposition of electrically conductive adhesives and the mounting of SMDs (surface mount devices, primarily LEDs at present). More complex multilayer circuits can also be produced by printing dielectric inks to enable crossovers.
Despite the wide range of applications and the advantageous reductions in size, weight, and manufacturing complexity, commercial deployment of IME integrated SMD components has thus far been fairly limited. This relatively slow adoption, especially within the primary target market of automotive interiors, is attributed to both the challenges of meeting automotive qualification requirements and the range of less sophisticated alternatives such as applying functional films to thermoformed parts. Along with greater acceptance of the technology, this will require clear design rules, materials that conform to established standards, and crucially the development of electronic design tools.
Fully printed 3D electronics
The least developed technology is fully printed 3D electronics, in which dielectric materials and conductive materials are sequentially deposited. Combined with placed SMD components, this results in a circuit, potentially with a complex multilayer structure embedded in a 3D plastic object. The core value proposition is that each object and embedded circuit can be manufactured to a different design without the expense of manufacturing masks and molds each time. Fully 3D printed electronics are thus well suited to applications where a wide range of components need to be manufactured at short notice. The technology is also promising for applications where a customized shape and even functionality is important. The ability of 3D printed electronics to manufacture different components using the same equipment, and the associated decoupling of unit cost and volume, could also enable a transition to on-demand manufacturing.
The challenges for fully 3D printed electronics are that manufacturing is fundamentally a much slower process than making parts via injection molding since each layer needs to be deposited sequentially. While the printing process can be accelerated using multiple nozzles, it is best targeted at applications where the customizability offers a tangible advantage. Ensuring reliability is also a challenge, considering different material properties; additionally, with embedded electronics post-hoc repairs are impossible - one strategy is using image analysis to check each layer and perform any repairs before the next layer is deposited.
Comprehensive analysis and market forecasts
IDTechEx has been researching the emerging printed electronics market for well over a decade, launching our first printed and flexible sensor report back in 2012. Since then, we have stayed close to the technical and market developments, interviewing key players worldwide, attending numerous conferences, delivering multiple consulting projects, and running classes and workshops on the topic. This enables us to provide a complete picture of the 3D electronics technological and market landscape, along with the entire field of printed electronics.
This report provides the following information:
Technology trends & manufacturer analysis:
Market forecast & analysis:
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2024/06/28 10:26 162.07 円 173.83 円 207.48 円 |