Le marché des capteurs imprimés atteindra 4,5 milliards de dollars d'ici 2030, selon IDTechEx

Matthew Dyson de , IDTechEx

Les capteurs imprimés représentent un marché de 3,6 milliards de dollars (3,1 milliards d'euros) tiré par la diversité, déclare le Dr Matthew Dyson, IDTechEx analyste technologique, a récemment publié l'article ci-dessous. Cet article fait suite à la publication du nouveau rapport IDTechEx, « Capteurs imprimés et flexibles 2020-2030 :technologies, acteurs, prévisions ».

Lorsque l'on considère les perspectives d'une technologie émergente, il est facile de faire des déclarations générales. Par exemple, affirmer qu'un "plus grand nombre d'appareils connectés, communément appelés Internet des objets (IoT), augmentera la demande de capteurs imprimés" semble une déclaration sans controverse.

Cependant, comme dans tant de domaines de la vie, une telle déclaration générale masque un paysage sous-jacent complexe. Chaque technologie a des applications cibles différentes et des barrières d'adoption différentes, à la fois commerciales et techniques. En tant que tel, un aperçu réel nécessite une analyse beaucoup plus granulaire, dans laquelle chaque technologie de capteur et chaque application potentielle sont examinées indépendamment.

Le récent rapport IDTechEx sur les capteurs imprimés utilise cette approche granulaire. Il comprend des chapitres sur une large gamme de catégories de capteurs imprimés, y compris les capteurs d'images organiques et hybrides, les capteurs de pression piézorésistifs et piézoélectriques, les capteurs de contrainte extensibles, les capteurs de température, les électrodes imprimées pour les patchs cutanés, les biocapteurs, les alternatives ITO pour les capteurs tactiles capacitifs et autres.

Le marché global des capteurs imprimés et flexibles devrait atteindre 4,5 milliards de dollars (3,9 milliards d'euros) d'ici 2030, avec une croissance particulièrement rapide des capteurs d'image hybrides qui passeront de moins de 1 million de dollars (0,87 million d'euros) aujourd'hui à environ 800 millions de dollars (€ 698 millions) d'ici 2030. Le rapport dans son ensemble comprend plus de 25 lignes de prévision couvrant différentes technologies et applications et mentionne 120 entreprises et organisations différentes.

Une telle approche révèle une image complexe, avec différentes technologies à différents stades d'adoption pour différentes applications. Le tableau ci-dessous montre l'évaluation par IDTechEx de la préparation à l'adoption dans toute la gamme de technologies et d'applications de capteurs imprimés (chaque couleur représente une technologie ou une application différente).

Le statut de chaque technologie de capteur imprimé, entre concept et commercialisation. Pour une analyse détaillée de chaque technologie et de son statut sur la voie d'une adoption généralisée dans de multiples applications, veuillez consulter le récent rapport IDTechEx « Capteurs imprimés et flexibles 2020-2030 :technologies, acteurs, prévisions ».

Trois approches de détection d'images

IDTechEx divise les capteurs d'images imprimés en trois catégories :entièrement organiques, hybrides organiques sur CMOS et hybrides quantiques sur CMOS. Les photodétecteurs entièrement organiques (OPD) peuvent être considérés comme des cellules solaires organiques fonctionnant à l'envers, avec des couches de semi-conducteur organique imprimées séquentiellement sur un substrat flexible. Cela les rend en principe compatibles avec la fabrication continue de grandes surfaces.

La principale application cible des OPD est l'authentification biométrique, avec une stratégie consistant à placer un capteur d'empreintes digitales à grande surface sous un écran. Cependant, étant donné qu'il existe déjà des capteurs d'empreintes digitales, y compris ceux montés sous les écrans, l'utilisation d'OPD pour cette application semble être davantage le résultat d'une poussée technologique que d'un besoin du marché.

La proposition de valeur est beaucoup plus claire pour l'imagerie par rayons X, où des capteurs de grande surface sont nécessaires en raison de la difficulté de focaliser les rayons X. Cependant, les leaders du marché développent un capteur flexible à base de silicium amorphe, remplissant le créneau que les OPD espéraient occuper.

À notre avis, les capteurs d'images hybrides sont plus prometteurs. Ceux-ci comprennent une fine couche d'un semi-conducteur organique ou de points quantiques qui absorbent la lumière, avec des charges collectées via un circuit intégré de lecture CMOS. Cette approche est transformationnelle, en ce sens qu'elle permet de détecter la lumière avec des longueurs d'onde supérieures à 1000 nm en adaptant la technologie CMOS existante - auparavant, cela était généralement fait avec des détecteurs à base d'InGaAs très coûteux.

L'imagerie SWIR répond à un réel besoin du marché, à la fois pour l'inspection industrielle et plus particulièrement pour les systèmes d'aide à la conduite et les véhicules autonomes car la lumière à plus grande longueur d'onde est moins diffusée par la poussière et le brouillard.

De manière cruciale pour l'adoption commerciale, les détecteurs hybrides « X-on-CMOS » peuvent être produits avec des modifications minimales des lignes de fabrication CMOS existantes, réduisant considérablement les barrières à l'entrée. À l'heure actuelle, les détecteurs hybrides à base de points quantiques sont sensibles à des longueurs d'onde plus longues que leurs équivalents hybrides organiques, et sont en effet disponibles dans le commerce.

Cependant, des détecteurs hybrides organiques sont sur le point d'être lancés dans les caméras de diffusion, où ils offrent des avantages, notamment une sensibilité variable dans l'espace pour éviter la surexposition et résoudre le compromis existant entre la résolution et l'utilisation d'un obturateur global puisque le silicium n'est plus utilisé pour absorber la lumière incidente.

Pour une analyse plus détaillée de la technologie sous-jacente de détection d'images, de la motivation pour l'imagerie SWIR et de l'évaluation des perspectives commerciales des capteurs d'images imprimés, veuillez consulter le rapport IDTechEx « Capteurs imprimés et flexibles 2020-2030 :technologies, acteurs, prévisions ».

La détection de pression recherche des applications à plus haute valeur ajoutée

Les capteurs de pression piézorésistifs sont établis de longue date et sont utilisés dans les capteurs de présence automobiles, les instruments de musique électroniques et certains dispositifs médicaux. Cependant, ces marchés sont plutôt matures et sujets à la marchandisation. Ainsi, les fabricants cherchent à innover pour différencier leurs capteurs et accéder à des applications à plus forte valeur ajoutée.

Ces innovations, qui sont à un stade d'adoption plus précoce que les capteurs de pression à point unique établis, comprennent des pavés tactiles « 3D-touch » qui surveillent la pression ainsi que la position, des capteurs hybrides piézorésistifs/capacitifs et même des détecteurs translucides/transparents.

L'ajout de fonctionnalités supplémentaires augmente la zone de capteur requise dans un appareil et le coût par zone. Le défi consiste à trouver des applications dans lesquelles la capacité de détection de pression répond à un véritable besoin du marché puisque les pavés tactiles et les commutateurs capacitifs sont si bien établis.

Des capteurs piézoélectriques imprimables, dans lesquels la variation de la tension appliquée et des dimensions sont couplées, peuvent être des capteurs de pression. Il existe deux technologies concurrentes, soit des polymères spéciaux, soit un composite contenant de la céramique, dont la première est légèrement plus établie.

Les deux sont à un niveau d'adoption beaucoup plus précoce que les capteurs piézorésistifs et sont donc peu susceptibles de concurrencer directement la technologie plus mature dans les mêmes espaces d'application. Au lieu de cela, ils ciblent la détection de vibrations à haute fréquence, pour laquelle les capteurs piézoélectriques sont bien mieux adaptés que leurs homologues piézorésistifs. Cependant, jusqu'à présent, les fabricants ont eu plus de succès dans les applications qui utilisent des matériaux piézoélectriques imprimables comme actionneurs.

Le récent rapport d'IDTechEx, « Capteurs imprimés et flexibles 2020-2030 :technologies, acteurs, prévisions », décrit l'orientation actuelle et future de la technologie de détection piézorésistive et piézoélectrique.

Matériaux de remplacement ITO

Une autre application avec plusieurs technologies concurrentes à différents stades d'adoption est celle des conducteurs transparents, utilisés principalement comme substitut ITO des écrans tactiles capacitifs. Ceci est souhaitable car l'ITO est cassant et n'est donc pas compatible avec les écrans pliables/flexibles. De plus, l'ITO sur PET n'a qu'une conductivité modérée.

Les nanofils d'argent (AgNW) ont connu un long parcours de commercialisation, qui a duré plus de 15 ans et a connu de nombreux hauts et bas dramatiques. Auparavant, les AgNW étaient adoptés dans les écrans tactiles de grande surface et aujourd'hui, ils apparaissent dans davantage de produits tels que les écrans flexibles.

Le treillis métallique hybride a également été adopté sur les écrans tactiles de la taille d'une table, mais a eu du mal à percer dans des applications de plus grande taille. Le treillis métallique entièrement imprimé continue également de progresser, en particulier dans la réduction de la largeur de ligne avec l'impression en laize étroite, bien que cela reste un marché globalement difficile.

D'autres matériaux pour films conducteurs transparents, notamment les nanotubes de carbone et le graphène, sont plus tôt dans leur cycle d'adoption. Le défi pour ces technologies est qu'elles sont en concurrence non seulement avec l'ITO, mais aussi avec les options plus développées des nanofils d'argent et des mailles métalliques imprimées. Il leur est donc difficile d'établir une proposition de valeur claire, quel que soit leur rapport conductivité/voile.

Les matériaux conducteurs transparents, leurs perspectives d'adoption et les principaux acteurs sont analysés en profondeur dans le rapport IDTechEx « Films et matériaux conducteurs transparents 2019-2029 :prévisions, technologies, acteurs ».

Électrodes portables pour une surveillance continue

Une tendance majeure dans le domaine de la santé/bien-être/remise en forme est la montée en puissance de la surveillance continue. Plutôt que de prendre des mesures isolées, à domicile ou chez le médecin, la surveillance continue permet de lire en continu des paramètres biologiques tels que la température et la fréquence cardiaque. Couplé à un logiciel approprié, cela réduira le besoin de visites chez le médecin, permettra un diagnostic plus précoce et surveillera les niveaux de forme physique pendant l'exercice.

La surveillance de la fréquence cardiaque et la réalisation d'électrocardiogrammes et d'autres mesures, de l'activité musculaire, par exemple, nécessitent des électrodes. À l'heure actuelle, ceux-ci sont principalement basés sur un mousqueton métallique rigide avec un gel électrolytique. Cependant, une telle approche n'est pas bien adaptée à un port à long terme et les électrodes imprimées gagnent donc du terrain.

Un autre facteur d'adoption est que les dispositifs portables deviendront de plus en plus intégrés et flexibles, avec des circuits imprimés et même montés directement sur des substrats flexibles et même étirables. L'impression des électrodes permet de les déposer avec les interconnexions, ce qui réduit la complexité de fabrication, tandis que le placement des circuits intégrés sur des substrats flexibles permet d'utiliser leur capacité de traitement supérieure. Les circuits flexibles comprenant à la fois des fonctionnalités imprimées et placées sont appelés électronique hybride flexible (FHE).

Cette technologie émergente rapidement devrait dépasser 3 milliards de dollars (2 milliards d'euros) d'ici 2030 et est analysée en détail dans le récent rapport IDTechEx « L'électronique hybride flexible 2020-2030 :Applications, défis, innovations et prévisions ».

IDTechEx pense que les électrodes portables seront probablement adoptées dans les patchs cutanés médicaux avant les vêtements intelligents, malgré les barrières réglementaires associées aux dispositifs médicaux. Les patchs cutanés portables avec électrodes imprimées sont beaucoup plus attractifs sur le marché, car ils offrent de véritables avantages médicaux tels qu'une utilisation plus facile en dehors d'un hôpital et un plus grand confort pour le patient.

De plus, un patch cutané entièrement intégré peut coûter beaucoup plus cher dans un cadre médical qu'une technologie de surveillance similaire dans un contexte de bien-être/mode de vie. L'utilisation d'électrodes imprimées dans des vêtements intelligents soulève également des problèmes de longévité, car l'ensemble du vêtement serait redondant si l'électrode/les circuits tombaient en panne. Les patchs cutanés et les textiles électroniques sont traités plus en détail dans les rapports IDTechEx :« Patchs cutanés électroniques :2020-2030 » et « E-textiles et vêtements intelligents 2020-2030 :technologies, marchés et acteurs ».

L'image complète

Il est donc clair que le paysage des capteurs imprimés est très varié, comprenant un large éventail de technologies qui répondent à de nombreuses applications. La compréhension des perspectives de chaque technologie émergente dépend des besoins du marché, des barrières à l'entrée et de la mesure dans laquelle elle offre une proposition de valeur claire par rapport aux alternatives. Généraliser sur une seule catégorie de capteurs imprimés fait perdre une grande partie de cette complexité.

Le nouveau rapport d'IDTechEx, « Capteurs imprimés et flexibles 2020-2030 :technologies, acteurs, prévisions », fournit un aperçu complet des diverses technologies et applications sous-jacentes des capteurs imprimés et flexibles, couvrant toutes les catégories de technologies et d'applications dans le graphique ci-dessus. .

En dressant le profil de plus de 50 entreprises, IDTechEx cartographie les perspectives et les défis d'adoption commerciale pour chaque technologie et développe des prévisions de marché granulaires qui couvrent tous les types, technologies et applications de capteurs imprimés. Nos prévisions de marché couvrent 30 applications/technologies et sont fournies à la fois en termes de chiffre d'affaires et de zone imprimée.

IDTechEx étudie le marché émergent de l'électronique imprimée depuis plus d'une décennie, lançant notre premier rapport sur les capteurs imprimés et flexibles en 2012. Depuis lors, IDTechEx est resté très proche des développements techniques et du marché, interviewant et visitant les principaux acteurs du monde entier, organisant les plus grands salons et conférences mondiaux, proposant de nombreux projets de conseil et organisant des cours et des ateliers sur le sujet. La profondeur et l'étendue de nos connaissances sont vraiment inégalées et largement exploitées dans ce rapport complet.

Pour plus d'informations sur le rapport IDTechEx, « Capteurs imprimés et flexibles 2020-2030 :Technologies, acteurs, prévisions », Cliquez ici. ou contactez-nous à [email protected].

Le Dr Dyson présentera un webinaire sur le sujet le 6 août – « Opportunités et nouvelles technologies dans les capteurs imprimés ». Cliquez ici pour en savoir plus et vous inscrire à l'une de nos trois sessions.

L'auteur est le Dr Matthew Dyson, analyste technologique chez IDTechEx.