Substrat PET ou TPU pour électrodes imprimées : comment choisir

Pour choisir un substrat PET ou TPU pour électrodes imprimées, privilégiez un PET thermiquement stabilisé lorsque le circuit doit conserver un repérage précis et surtout se courber. Retenez un TPU imprimable lorsque la zone active doit s'allonger puis reprendre sa forme avec la peau ou un textile. Cette frontière est essentielle : le TPU ne rend pas extensible une piste argent conventionnelle, tandis que le PET ne supporte pas une traction notable au seul motif qu'il est souple. Film, encre, géométrie, cuisson, adhésif et interconnexion doivent être validés comme un même empilement.

Mis à jour le 3 août 2026

1. Verdict rapide : PET pour la géométrie stable, TPU pour l'allongement

Le PET est généralement le meilleur point de départ quand le repérage, la géométrie du conducteur, la position de découpe et le faible déplacement après cuisson comptent davantage que l'allongement. Le TPU prend l'avantage lorsque le circuit doit suivre la peau, un tissu, une articulation ou une autre surface souple en traction. Une construction hybride peut répartir ces deux fonctions.

Une architecture de patch biocapteur portable doit donc commencer par une cartographie des déformations, pas par une préférence de polymère. Si le trajet conducteur subit une courbure avec presque aucun allongement axial, le PET reste souvent le choix le plus simple. Si la piste doit s'allonger, le TPU n'est crédible qu'avec un conducteur et une géométrie compatibles.

2. Un substrat souple pour électronique imprimée n'est pas nécessairement extensible

Souple signifie qu'une construction peut se courber. Extensible signifie qu'elle peut augmenter sa longueur dans son plan, puis récupérer, tout en conservant les fonctions électriques et mécaniques exigées. Un PET mince se courbe facilement, mais sert normalement de référence dimensionnelle plutôt que d'élastomère. Le TPU est élastomère à température ambiante; pour autant, le conducteur imprimé, le diélectrique, l'encapsulant, l'adhésif et le connecteur n'héritent pas automatiquement de son élasticité.

La distinction change le problème d'ingénierie. Un circuit posé une fois autour d'un boîtier de 25 mm de rayon ne rencontre pas le même champ de déformation qu'un patch étiré de 15 % sur un genou. Dans le premier cas, l'épaisseur et la position de l'axe neutre gouvernent la contrainte. Dans le second, il faut aussi examiner le liant de l'encre, la forme de la piste, le module du substrat, la direction et la vitesse de traction, la récupération et le nombre de cycles.

Cahn et ses coauteurs ont mis en évidence cette interaction avec deux encres argent DuPont sur films polymères. À 35 % de déformation appliquée, la résistance normalisée de l'encre souple conventionnelle 5025 atteignait environ 15 fois sa valeur initiale, contre environ 5 fois pour PE874 à liant polyuréthane dans la construction étudiée. Les auteurs relient cet écart à la localisation de la déformation et à la mécanique de l'encre, non à une règle simpliste selon laquelle « le TPU est meilleur ».[^1]

Le choix du substrat résume donc une chaîne complète :

mouvement → déformation du substrat → déformation de l'encre et de la piste → variation de résistance → conséquence sur le signal ou l'alimentation

Un substrat de patch capteur médical appartient aussi à un assemblage. Adhésif cutané, hydrogel s'il existe, couverture diélectrique, transition vers un bouton-pression ou une nappe, encapsulation, protecteur et boîtier peuvent concentrer les efforts sur quelques millimètres. Choisir le film sans définir ces couches laisse le problème principal sans réponse.

3. Substrat PET ou TPU pour électrodes imprimées : données par grade

Les valeurs ci-dessous portent sur des références commerciales nommées. Melinex ST506 de Mylar Specialty Films représente un PET thermiquement stabilisé et prétraité pour l'impression; Platilon U 4201 AU de Covestro représente un film TPU polyéther. Les méthodes fournisseur diffèrent : leurs chiffres ne constituent ni des limites de qualification directement comparables, ni des propriétés universelles du PET et du TPU.

Le retrait MD de 0,10 % annoncé pour Melinex ST506 correspond à 1,0 mm sur 1 000 mm dans l'essai fournisseur de 30 minutes à 150 °C. Cette conversion montre qu'un film dit stable exige encore une compensation du dessin et des repères mesurés lorsque les circuits, diélectriques, ouvertures d'adhésif et découpes doivent coïncider.[^2]

Les 500 % d'allongement à rupture de Platilon U 4201 AU ne doivent jamais devenir un objectif de conception du circuit. Covestro donne cette valeur typique pour un film de référence de 50 µm selon DIN EN ISO 527-3 et signale la variabilité du produit. Une piste conductrice peut sortir de sa plage de résistance admissible à une petite fraction de cet allongement.[^3]

Les encres confirment la nécessité de raisonner par système. Pour LOCTITE EDAG 725A (6S61), orientée polyester, Henkel indique 15 minutes à 120 °C et 0,008 à 0,017 Ω/carré à 25 µm. Pour l'encre extensible LOCTITE ECI 1014, le fournisseur indique 0,010 Ω/carré/25 µm après 15 minutes à 120 °C, ou 0,013 Ω/carré/25 µm après 5 minutes à 100 °C. Ces résultats concernent des formulations et des conditions différentes. Ils cadrent les premiers essais; ils ne désignent pas un vainqueur universel.[^4][^5]

4. Le PET gagne sur le repérage, la géométrie et les procédés polyester établis

Le PET thermiquement stabilisé se comporte plus facilement comme une référence géométrique. Cet avantage compte lorsqu'une électrode imprimée porte des espacements serrés, plusieurs couches, des ouvertures diélectriques, des contacts de connecteur ou une découpe indexée sur les pistes. La donnée de retrait propre à ST506 fournit un point de départ mesurable; elle ne dispense pas de mesurer les directions machine (MD) et transverse (TD) sur la ligne réelle.[^2]

Repérage de l'impression à la découpe

Chaque étape thermique ou sous tension peut déplacer une bande : conditionnement du film, première impression, séchage ou cuisson, reprise de repérage, laminage, puis découpe. Un PET stabilisé rend généralement ces déplacements plus prévisibles qu'un élastomère sans support. C'est aussi pourquoi un film porteur est souvent conservé pendant certaines opérations sur TPU.

Une bande stable facilite le repérage écran-substrat et la répétabilité de la géométrie imprimée. Pour un réseau d'électrodes, la surface active, l'espacement et la largeur de raccordement peuvent compter autant que la résistance surfacique. Les critères d'acceptation doivent donc reprendre le plan fonctionnel et la cartographie électrique du client, non une résolution universelle non documentée.

Limite du PET : la traction installée

Le PET n'est pas le bon choix si la piste traverse une zone de véritable extension. Un PET mince peut épouser une courbe et supporter une flexion maîtrisée, mais la déformation en surface augmente avec l'épaisseur et lorsque le rayon diminue. Plis, courbures composées, bord d'adhésif et transition sans support concentrent la contrainte. La stabilité du procédé d'impression ne corrige pas un état mécanique mal conçu en service.

Fenêtre d'encre polyester documentée

LOCTITE EDAG 725A offre un exemple concret : Henkel donne une cuisson de 15 minutes à 120 °C, une résistance de 0,008 à 0,017 Ω/carré à 25 µm et une adhérence 5B sur polyester après séchage.[^4] Film et encre disposent ainsi de données thermiques nommées pour préparer les essais.

Il ne s'agit pas d'une recette de fabrication libérée. Débit d'air du four, charge, température réellement atteinte par la pièce, évacuation du solvant, épaisseur déposée et maintien de la bande peuvent modifier le résultat. L'interface doit encore résister à l'impression du diélectrique, au laminage, à la découpe, au stockage et au mouvement du produit.

5. Le TPU gagne quand le film d'électrode doit réellement s'allonger

Le TPU devient préférable lorsque l'électrode doit s'étendre avec son support plutôt que seulement se courber. Covestro propose Platilon U 4201 AU de 25 à 1 000 µm et annonce 500 % d'allongement à rupture pour un film de référence de 50 µm.[^3] Cette valeur confirme le comportement élastomère du film nu, mais l'allongement utilisable du circuit reste une propriété de l'empilement.

Conformité à la peau et au textile

Suikkola et ses coauteurs ont sérigraphié des conducteurs argent-polymère sur un TPU de 50 µm. La résistance surfacique initiale moyenne mesurée était de 36,2 mΩ/carré. Parmi 30 échantillons, la moitié restait conductrice jusqu'à environ 74 % de traction monotone et aucun ne rompait avant 50 % dans cet essai.[^6] Ces résultats démontrent la faisabilité d'une construction précise. Ils ne définissent ni limite cyclique, ni durée de port, ni capacité JASPER.

Covestro décrit par ailleurs les films Platilon comme substrats imprimables et couches thermolaminables pour textiles intelligents et dispositifs portables.[^7] Le TPU peut servir de substrat, d'encapsulant, de film de liaison ou de couche coextrudée selon le grade. Cette continuité mécanique peut réduire le saut de rigidité entre le circuit et une enveloppe souple.

Un film souple peut toutefois fluer sous charge constante, se relaxer après extension, se déformer pendant la cuisson ou reporter l'effort vers un connecteur rigide. Pour un patch corporel, l'adhésif et le protecteur peuvent gouverner la manipulation davantage que le film. Humidité, sueur simulée, produit de nettoyage, géométrie des bords et occlusion doivent être évalués sur l'empilement réel.

Accord mécanique entre l'encre et le substrat

Une encre extensible emploie généralement un liant capable de se déformer avec le support élastomère. Henkel décrit LOCTITE ECI 1014 comme une encre chargée argent à liant polyuréthane thermoplastique et cite le TPU parmi ses substrats principaux.[^5] Cet accord de famille est un bon signal de départ, mais ne prouve pas l'adhérence sur chaque surface TPU.

L'étude de Cahn donne un poids pratique au mécanisme : sous la traction étudiée, l'encre acrylique souple conventionnelle localisait davantage la déformation que le système PE874 à liant polyuréthane.[^1] Une piste en méandre peut réduire la traction axiale effective et un diélectrique peut redistribuer l'effort. La géométrie ne transforme néanmoins pas une encre fragile en conducteur fiable pour tous les profils de mouvement.

6. Imprimabilité, fenêtre de cuisson et adhérence sur PET ou TPU

Un essai d'impression doit répondre à quatre questions liées. L'encre mouille-t-elle le film conditionné et reproduit-elle la géométrie ? La cuisson atteint-elle la résistance requise sans déplacer le substrat au-delà du budget de repérage ? L'interface survit-elle au laminage et à la découpe ? La piste reste-t-elle dans sa plage électrique après le mouvement spécifié ?

Les deux encres Henkel montrent pourquoi une température seule ne décrit pas la cuisson. EDAG 725A indique 15 minutes à 120 °C pour le procédé polyester.[^4] ECI 1014 présente une résistance plus faible à 120 °C pendant 15 minutes qu'à 100 °C pendant 5 minutes, mais le cycle plus court et plus froid peut limiter l'exposition thermique d'une bande élastique.[^5] Le projet doit décider si l'écart de résistance est fonctionnel et si le cycle chaud modifie dimensions, adhérence ou récupération.

La préparation de surface demande aussi une règle de durée de validité et de manipulation. Hassan et ses coauteurs ont appliqué un plasma oxygène à 50 W pendant une minute sur PET, PI et TPU avant sérigraphie.[^8] Leur TPU mesurait 300 µm, contre 25 µm pour le PET et le PI. L'étude soutient un principe de procédé, pas un classement intrinsèque à épaisseur égale. Copier les réglages du laboratoire sans contrôler mouillage, dommage de surface, vieillissement du traitement et adhérence sur le grade réel serait injustifié.

Pour structurer les essais, IEC 62899-202-5:2018 traite de la flexion répétée et de l'évaluation des propriétés électriques d'une couche conductrice imprimée sur un substrat isolant.[^9] IEC 62899-202-7:2021 définit un pelage à 90 degrés d'une couche imprimée sur un substrat souple et limite les comparaisons aux substrats et épaisseurs équivalents.[^10] Une méthode adaptée au projet doit encore déclarer géométrie, conditionnement, vitesse, rayon ou allongement, cycles, instant de mesure et critère de défaillance.

7. Trois architectures d'empilement pour une électrode portable

Le substrat n'est qu'une couche. Les schémas simplifiés ci-dessous montrent où le PET, le TPU ou leur combinaison porte la fonction mécanique.

Empilement centré sur le PET : circuit stable, flexion seulement

côté patient ou environnement
──────────────────────────────
couche d'interface définie par le dispositif
électrode imprimée + diélectrique sur PET traité
adhésif sensible à la pression / entretoise spécifiée
protecteur ou liaison au boîtier
──────────────────────────────
nappe connecteur tenue hors de la zone en traction

Cette architecture convient à un circuit qui se courbe pour suivre une surface sans s'allonger avec elle. La piste doit rester à distance d'un pli, d'un bord d'adhésif abrupt et d'une transition connecteur sans support.

Empilement centré sur le TPU : zone active conformable

côté patient ou textile
──────────────────────────────
interface / couche adhésive validée
conducteur et diélectrique compatibles avec l'allongement
substrat TPU imprimable
encapsulation TPU ou film de thermocollage éventuel
support conservé pendant les étapes de transformation choisies
──────────────────────────────
transition soulagée vers l'électronique rigide

Ici, l'encre, le diélectrique et la transition du connecteur sont tous critiques en traction. L'allongement du film TPU n'autorise pas une piste argent rigide à traverser la zone de déformation maximale.

Empilement hybride : îlot stable et champ conformable

îlot connecteur stable                       champ de détection conformable
support PET + contacts ── recouvrement ── TPU + pistes extensibles
          │                                         │
 renfort / soulagement                      mouvement peau ou textile

Une architecture hybride peut placer le PET sous le connecteur ou la zone de repérage fin, puis le TPU dans le champ mobile. Le recouvrement n'est pas une zone neutre : cisaillement de l'adhésif, marche d'épaisseur, terminaison du conducteur et bord d'encapsulant peuvent y concentrer la déformation. Des coupons et critères d'inspection spécifiques sont nécessaires.

8. Chaînes de défaillance et matrice d'essais du prototype

Un plan de validation utile relie chaque exigence à un mécanisme, un symptôme mesurable et une décision. La mention « essai de flexion réussi » ne suffit pas à libérer une matière.

Le tableau suivant est une trame de projet, pas une déclaration selon laquelle JASPER exécute chaque méthode. Le fabricant du dispositif et son partenaire industriel doivent attribuer les responsabilités avant la fabrication des échantillons. Un plan d'essais et d'approbation des échantillons doit conserver les données brutes, l'orientation des éprouvettes, le lot et le lieu de rupture.

Pour un usage médical, le choix du film et de l'encre reste une décision de composant. La FDA indique que l'évaluation biologique considère le dispositif dans sa forme finie, y compris les traitements, auxiliaires de fabrication, résidus et opérations de stérilisation applicables.[^11] ISO 14971:2019 encadre la gestion des risques sur le cycle de vie; ISO 10993-1:2025 place l'évaluation de la sécurité biologique dans cette démarche.[^12][^13] Aucun de ces textes ne rend automatiquement un film PET, un film TPU, une électrode imprimée ou son fournisseur « approuvé » ou biocompatible pour le dispositif fini.

9. Matrice de décision : PET, TPU, hybride ou autre plateforme

Le choix découle de la sollicitation dominante et du procédé réellement qualifiable. Une préférence de matière sans profil de mouvement ne permet pas de trancher.

Le PET n'est pas meilleur pour toute électrode imprimée et le TPU n'est pas « plus avancé ». Choisissez le PET quand la déformation peut être conçue comme une flexion. Choisissez le TPU lorsque l'extension est inévitable et que la pile conductrice peut la partager. Une architecture hybride est justifiée lorsque le même produit contient les deux régimes.

Ni le PET ni le TPU ne doit être retenu par défaut si cuisson, chimie, fatigue dynamique ou température de service sortent du domaine validé. Polyimide, PEN, silicone, SEBS, textile ou architecture rigid-flex peuvent alors mériter un nouvel examen. Ce serait une comparaison distincte, pas une substitution sans essais.

10. Données à fournir avant le choix du substrat et l'approbation des échantillons

Pour comparer des offres et des prototypes, transmettez le même jeu d'entrées à chaque candidat industriel. JASPER peut être consulté comme une option de fabrication de composants imprimés; cette mention ne constitue ni une limite universelle de procédé, ni une approbation du dispositif fini.

Plan et cahier des charges

• Géométrie des électrodes, zones actives, largeurs et espacements de piste, nappe, contacts et contour de découpe
• Schéma de références reliant impression, ouverture diélectrique, adhésif, connecteur et découpe
• Film candidat défini par fournisseur, grade, épaisseur, face traitée, couleur ou transparence et sens de bande
• Encres conductrice et diélectrique, épaisseurs sèches visées et plafond de cuisson autorisé
• Rayon de flexion installé, axe, cartographie de traction, pic, vitesse, durée de maintien, récupération et nombre de cycles
• Adhésif de laminage, encapsulant, interface, protecteur, renfort et composants rigides
• Méthode de connexion, géométrie de transition et séquence d'assemblage
• Température, humidité, sueur ou fluide simulé, nettoyage, stockage, emballage et stérilisation si applicable
• Résistance initiale et variation permise pendant et après chaque exposition
• Méthode d'inspection, effectif, définition de défaillance, traçabilité et gestion des modifications

Clôture de l'approbation

1. Confirmer l'identité des films et encres par les dossiers d'achat et de lot.
2. Mesurer le repérage impression-découpe après la dernière étape thermique et de transformation.
3. Cartographier la résistance avant, pendant et après l'exposition mécanique spécifiée.
4. Enregistrer le lieu de rupture d'adhérence, pas seulement un résultat binaire.
5. Examiner transitions, bords découpés, fins de diélectrique et îlots connecteurs.
6. Répéter sur un prototype représentatif du procédé de série avec les matières d'empilement visées.
7. Séparer l'approbation du composant de la vérification et du dossier réglementaire du dispositif fini.

Les projets comportant plusieurs sites de mesure ou variantes de routage peuvent préparer un plan de réseaux d'électrodes imprimées sur mesure. Pour lancer une revue d'ingénierie, partagez le profil de flexion et d'allongement, le plafond de cuisson, l'empilement complet, la transition du connecteur et les limites électriques. Une demande limitée à « PET ou TPU » ne suffit pas pour concevoir l'échantillon.

Méthode et transparence

Sources

[^1]: Cahn, G. et al., « The Role of Strain Localization on the Electrical Behavior of Flexible and Stretchable Screen Printed Silver Inks on Polymer Substrates », Materialia 10 (2020) 100642. [^2]: Mylar Specialty Films, Melinex ST506 Film Product Information, révision du 27 juin 2024. URL de référence en texte brut : . [^3]: Covestro, Platilon U 4201 AU Product Data. URL de référence en texte brut : . [^4]: Henkel, LOCTITE EDAG 725A (6S61) E&C Technical Data Sheet, décembre 2019. URL de référence en texte brut : . [^5]: Henkel, LOCTITE ECI 1014 E&C Technical Data Sheet, novembre 2024. URL de référence en texte brut : . [^6]: Suikkola, J. et al., « Screen-Printing Fabrication and Characterization of Stretchable Electronics », Scientific Reports 6 (2016) 25784. [^7]: Covestro, Platilon - Powering Printed Electronics with TPU Films. URL de référence en texte brut : . [^8]: Hassan, M. F. ul et al., « Electrical Characterization of Cost-Effective Screen-Printed Sensors Based on Thermoplastic Polyurethane, Polyimide, and Polyethylene Terephthalate », Micromachines 16 (2025) 319. [^9]: IEC 62899-202-5:2018, Mechanical bending test of a printed conductive layer on an insulating substrate. [^10]: IEC 62899-202-7:2021, Measurement of peel strength for printed layer on flexible substrate by 90° peel method. [^11]: U.S. FDA, Basics of Biocompatibility: Information Needed for Assessment by the FDA. [^12]: ISO 14971:2019, Medical devices - Application of risk management to medical devices. [^13]: ISO 10993-1:2025, Biological evaluation of medical devices - Part 1.

Questions fréquentes

Le PET ou le TPU est-il préférable pour des électrodes imprimées ?

Le PET convient généralement mieux au repérage stable et aux circuits qui se courbent surtout. Le TPU convient mieux lorsqu'une électrode doit s'allonger et épouser la peau ou un textile. Le choix dépend encore du grade, de l'épaisseur, du liant de l'encre, de la géométrie, de la cuisson, de l'adhésif, de l'interconnexion et du profil de déformation mesuré.

Quelle est la principale différence entre un substrat PET et un substrat TPU ?

Le PET se comporte comme un film souple mais dimensionnellement stable; le TPU comme un élastomère souple capable de s'allonger. Le PET simplifie généralement l'impression et la transformation. Le TPU suit mieux la traction, mais rend plus critiques la tension de bande, la récupération, le repérage et l'accord mécanique avec l'encre.

Une encre argent conventionnelle peut-elle s'étirer sur du TPU ?

Il ne faut pas le supposer. L'étude de Cahn montre qu'une encre acrylique souple localisait davantage la déformation et variait plus fortement en résistance qu'une encre extensible à liant polyuréthane lors de l'essai à 35 %. Le film, l'encre, l'épaisseur imprimée, la géométrie, la cuisson, l'encapsulant et les cycles doivent être validés ensemble.

Un film PET mince peut-il convenir à une électrode portée sur la peau ?

Oui, si le patch se conforme principalement par flexion et si l'empilement adhésif limite la traction locale. Le PET convient moins lorsque le circuit doit s'allonger avec la peau. Le contact corporel ajoute aussi des exigences d'adhésif, d'humidité, de bords, de confort et d'évaluation biologique du dispositif fini.

L'allongement à rupture du TPU fixe-t-il l'extension admissible de l'électrode ?

Non. Covestro annonce 500 % d'allongement à rupture pour un film Platilon U 4201 AU de référence de 50 µm, mais le conducteur imprimé peut dépasser sa limite de résistance bien plus tôt. Il faut utiliser la cartographie de l'application et un critère électrique pendant les cycles, pas déduire la limite du circuit de la rupture du film nu.

Peut-on combiner PET et TPU dans le même patch capteur médical ?

Oui. Le PET peut stabiliser le connecteur ou une zone de repérage fin, tandis que le TPU porte le champ de détection conformable. Le recouvrement devient alors critique : cisaillement de l'adhésif, marche d'épaisseur, terminaison du conducteur, bord d'encapsulation et retrait du support doivent être testés sur l'assemblage visé.

Comment comparer l'adhérence d'une encre sur PET et TPU ?

Utilisez la même géométrie de couche, la même épaisseur, le même conditionnement et une méthode d'interface définie lorsque la comparaison le permet. IEC 62899-202-7:2021 fournit un cadre de pelage à 90 degrés. Enregistrez le lieu de rupture et répétez la mesure après cuisson, laminage, cycles mécaniques et exposition environnementale pertinente.

Que faut-il valider pour une électrode médicale portable ?

Validez la construction complète : dimensions, résistance, adhérence, réponse à la flexion ou à la traction, transformation, transition du connecteur, environnement, emballage et fonction prévue. Le fabricant du dispositif fini doit aussi traiter la gestion des risques ISO 14971 et l'évaluation biologique ou réglementaire applicable. Une fiche de film ou un échantillon de composant n'approuve pas le dispositif fini.