Optimieren Sie die Dosierung und den Durchfluss von Elektronik für einen höheren Durchsatz mit Rheologie

Dosierung und Durchfluss sind für eine Vielzahl von elektronischen Herstellungstechniken und Materialien wichtig. Von der präzisen Anwendung von Lötpasten und Klebstoffen bis hin zu neuen Entwicklungen in der flexiblen Elektronik und additiven Fertigungsmethoden spielt die Rheologie eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Verarbeitbarkeit, der Produktqualität und der Fertigungskonsistenz.

Rheologie ist die Untersuchung von Verformung und Strömung bei Krafteinwirkung, weshalb sie für die Optimierung der Elektronikfertigung von entscheidender Bedeutung ist. Die Rheologie beantwortet wichtige Fragen zu verschiedenen Elektronikanwendungen wie:

• Wie verändert sich meine Lötpaste während der Lagerung und wie kann ich ihre Haltbarkeit vorhersagen?
• Was ist die ideale Viskosität meiner mit Tintenstrahldrucker gedruckten elektronischen Schaltungen?
• Behält mein dünner Film oder mein Epoxidharz vor dem Trocknen/Aushärten seine Form oder Form bei?
• Fließt mein Material leicht oder verstopft es in meiner Spritze?

Dieses Verhalten ist scherabhängig, was bedeutet, dass sich die Viskosität (Fließwiderstand) des Materials in Abhängigkeit von den Kräften ändert, denen es beim Mischen, Dosieren, Lagern oder Aushärten ausgesetzt ist. Daher müssen diese Materialien über einen weiten Bereich von Scherraten untersucht werden — was mit einem Rheometer, aber nicht mit einem Viskosimeter möglich ist. Rheometer sind auch in der Lage, Fließspannungen in zeitabhängigen Materialien zu messen, um das Langzeitverhalten vorherzusagen.

Forscher und Hersteller auf der ganzen Welt verwenden Rheometer von Waters, um die Dosierung und den Durchfluss ihrer Elektronikmaterialien zu untersuchen. In den folgenden Abschnitten erfahren Sie in vier veröffentlichten Artikeln, wie die Rheologie ihre Materialien und Prozesse verbessert hat.

Lötpaste rationalisiert die Massenproduktion von Elektronik, ist aber eine reaktive Mischung, die eine sorgfältige Handhabung und Lagerung erfordert. Die Pulver- und Flussmittelbestandteile der Lötpaste „beginnen sofort nach dem Mischen chemische Reaktionen“, was bedeutet, dass sich die Lötpaste während der Herstellung, des Transports, der Lagerung und des Gebrauchs kontinuierlich verändert, alles beeinflusst von Temperatur und Luftfeuchtigkeit. ¹ Die Fähigkeit eines Rheometers, Scherrate und Verformung zu kontrollieren, gepaart mit der Drehmomentsensitivität, machen es zu „einer der besten Methoden, um die Veränderung der Lötpaste zu quantifizieren. “

Forscher von Kester Inc., einem Lotpastenhersteller, untersuchten die Haltbarkeit und Eigenschaften der Lötpaste mit einem Discovery Hybrid Rheometer. ¹ Sie entwickelten eine Methode zur beschleunigten Vorhersage der Haltbarkeit unter Verwendung mehrerer rheologischer Testmethoden. Dabei wurde festgestellt, dass die Lagertemperatur die Viskosität bei der Endverwendung stärker beeinflusst als die Lagerzeit.

Der Tintenstrahldruck ist eine Schlüsseltechnologie für gedruckte Elektronik, einschließlich flexibler, tragbarer Elektronik. Forscher der Universität Cambridge, der Jiangnan University und der Polytechnischen Universität Mailand entwickelten flexible und waschbare Feldeffekttransistoren (FETs) mit Tintenstrahldruck auf Textilien, die vollständig mit Tintenstrahldruck gedruckte elektronische Schaltungen ermöglichen. ² Das Discovery Hybrid Rheometer wurde verwendet, um die Viskosität als Funktion der Scherrate für zwei Tintenformulierungen zu messen. Dies half ihnen bei der Berechnung von Kennzahlen zur Druckbarkeit wie dem Bereich der inversen Ohnesorge-Zahl (Z) für einen optimalen Tintenstrahldruck.

In einer anderen Studie wurde berührungsloser Mikrostrahldruck verwendet, um personalisierte Elektroenzephalographie-E-Tattoos herzustellen. ³ Forscher der University of Texas und der University of California in Los Angeles entwickelten biokompatible Tinten mit niedriger Viskosität, die auf die Kopfhaut gespritzt werden, wo sie „sich selbst trocknen und weiche, dehnbare und leitfähige dünne Filme bilden. “ Anhand von Viskositätsmessungen mit einem Discovery Hybrid Rheometer 30 stellten sie fest, dass die einstellbare Viskosität und die Scherverdünnung ihrer Tinte einen stabilen Mikrostrahldruck unterstützten.

Additive Fertigung ist ein wachsendes Verfahren zum Drucken komplexer Elektronikstrukturen, einschließlich tragbarer Geräte, Softrobotik und maßgeschneiderter Energiespeicher. Forscher der University of Alberta entwickelten eine neuartige Methode für direktes Tintenschreiben (eine Form der additiven Fertigung) kapazitiver Drucksensoren unter Verwendung einer Tinte auf Wasserbasis. ⁴ Mithilfe des ARES-Rheometers bestätigten sie, dass ihre Tintenrezeptur ein wünschenswertes Scherverdünnungsverhalten aufwies: Sie konnte beim Durchlaufen der schmalen Spritze ungehindert fließen und behält dann eine höhere Viskosität bei, sobald sie auf das Substrat aufgetragen wird. Das Scherverdünnungsverhalten der Tinte bedeutet auch, dass für die Extrusion weniger Druck erforderlich ist, wodurch „eine reibungslose Extrusion durch kleine Düsen ermöglicht wird, was zu kontinuierlichen Mustern führt. “

Die Herstellung und das Design von Elektronik werden durch Rheologie ermöglicht, wie in den obigen Artikeln gezeigt. Von der Haltbarkeit über die Dosierung bis hin zur Trocknung wird jede Phase der Elektronikfertigung von rheologischen Eigenschaften beeinflusst. Die Quantifizierung dieser Eigenschaften ist der erste Schritt zur Entwicklung effizienterer Prozesse und innovativer Produkte.

Wenn Sie der Meinung sind, dass Rheologie für Ihr Labor entweder zu kompliziert oder irrelevant ist, denken Sie noch einmal darüber nach. Führende Elektroniklabore setzen bereits auf Rheologie, um fundierte Entscheidungen über Materialformulierungen, Verarbeitungsbedingungen und Haltbarkeitsabschätzungen zu treffen. Lesen Sie unseren Blog Dispelling 5 Myths About Rheology, um zu erfahren, warum Rheologie für Anwender aller Niveaus relevant und zugänglich ist.