Optimice la dosificación y el flujo en electrónica para aumentar el rendimiento mediante la reología

La dosificación y el flujo son importantes para una variedad de técnicas y materiales de fabricación de productos electrónicos. Desde la aplicación precisa de pastas de soldadura y adhesivos hasta los nuevos desarrollos en electrónica flexible y métodos de fabricación aditiva, la reología desempeña un papel fundamental en la mejora de la procesabilidad, la calidad del producto y la consistencia de la fabricación.

La reología es el estudio de la deformación y el flujo cuando se aplica una fuerza, lo que la hace crucial para optimizar la fabricación de productos electrónicos. La reología responde a preguntas críticas en diversas aplicaciones de electrónica, tales como:

• ¿Cómo cambia mi pasta de soldar durante el almacenamiento y cómo puedo predecir su vida útil?
• ¿Cuál es la viscosidad ideal para mis circuitos electrónicos impresos por inyección de tinta?
• ¿Mantendrá su forma mi película fina o epoxi, o se descolgará antes de secarse o curarse?
• ¿Fluirá fácilmente mi material o se atascará en la jeringa?

Estos comportamientos dependen del esfuerzo cortante , lo que significa que la viscosidad del material (su resistencia al flujo) varía en función de las fuerzas a las que se ve sometido durante la mezcla, la dosificación, el almacenamiento o el curado. Por lo tanto, estos materiales deben evaluarse en un amplio rango de velocidades de cizallamiento, lo cual es posible con un reómetro pero no con un viscosímetro. Los reómetros también son capaces de medir el esfuerzo de fluencia en materiales dependientes del tiempo para predecir su comportamiento a largo plazo.

Investigadores y fabricantes de todo el mundo utilizan los reómetros de Waters para estudiar la dispensación y el flujo de sus materiales para electrónica. Descubra en las siguientes secciones, a través de cuatro artículos publicados, cómo la reología mejoró sus materiales y procesos.

La pasta de soldadura agiliza la producción en masa de productos electrónicos, pero es una mezcla reactiva que requiere una manipulación y un almacenamiento cuidadosos. Los componentes de polvo y fundente de la pasta de soldadura «inician reacciones químicas inmediatamente después de la mezcla», lo que significa que la pasta experimenta cambios continuos durante la fabricación, el transporte, el almacenamiento y el uso, todo ello bajo la influencia de ^la temperatura y la humedad. La capacidad de un reómetro para controlar la velocidad de cizalladura y la deformación, junto con su sensibilidad al par de torsión, lo convierten en «uno de los mejores métodos para cuantificar los cambios en la pasta de soldadura».

Investigadores de Kester Inc., fabricante de pasta de soldadura, estudiaron la vida útil y las propiedades de dicho producto utilizando un reómetro híbrido Discovery ^. Desarrollaron un método para predecir la vida útil de forma acelerada mediante diversas pruebas reológicas, revelando que la temperatura de almacenamiento influye más en la viscosidad de uso final que el tiempo de almacenamiento.

La impresión por chorro de tinta es una tecnología clave que posibilita la electrónica impresa, incluida la electrónica flexible y la vestible. Investigadores de la Universidad de Cambridge, la Universidad de Jiangnan y el Politécnico de Milán desarrollaron transistores de efecto de campo (FET) flexibles y lavables impresos mediante inyección de tinta sobre textiles, lo que permite crear circuitos electrónicos impresos totalmente por este método. Para ^ello , utilizaron el reómetro híbrido Discovery con el fin de medir la viscosidad en función de la velocidad de cizallamiento de dos formulaciones de tinta, lo que les permitió calcular parámetros de imprimibilidad, como el rango del número de Ohnesorge inverso (Z) necesario para una impresión por inyección de tinta óptima.

^Otro estudio utilizó la impresión por microchorro sin contacto para crear e-tatuajes personalizados para electroencefalografía. Investigadores de la Universidad de Texas y de la Universidad de California en Los Ángeles desarrollaron tintas biocompatibles de baja viscosidad que se proyectan sobre el cuero cabelludo, donde «se secan por sí solas formando películas delgadas, blandas, elásticas y conductoras». Mediante mediciones de viscosidad realizadas con un reómetro Discovery Hybrid Rheometer 30, observaron que la viscosidad ajustable y el comportamiento de adelgazamiento por cizalladura de su tinta favorecían una impresión por microchorro estable.

La fabricación aditiva es una técnica en auge para imprimir estructuras electrónicas complejas, incluyendo dispositivos vestibles, robótica blanda y sistemas de almacenamiento de energía personalizados. Investigadores de la Universidad de Alberta desarrollaron un método novedoso de escritura directa con tinta (una forma de fabricación aditiva) para sensores de presión capacitivos, utilizando una tinta a base de agua. ^Mediante el uso del reómetro ARES , confirmaron que su formulación de tinta presentaba un comportamiento deseable de adelgazamiento por cizallamiento: capacidad para fluir libremente al pasar por la jeringa estrecha y, posteriormente, mantener una viscosidad más elevada una vez dispensada sobre el sustrato. El comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento de la tinta también implica que la extrusión requiere menos presión, lo que «facilita una extrusión fluida a través de boquillas pequeñas, dando lugar a patrones continuos».

La fabricación y el diseño de productos electrónicos son posibles gracias a la reología, tal como se demuestra en los artículos anteriores. Desde la vida útil hasta la dosificación y el secado, cada etapa de la fabricación de productos electrónicos se ve influida por las propiedades reológicas. Cuantificar estas propiedades es el primer paso para diseñar procesos más eficientes y productos innovadores.

Si cree que la reología es demasiado complicada o irrelevante para su laboratorio, piénselo dos veces. Los principales laboratorios de electrónica ya están adoptando la reología para tomar decisiones fundamentadas sobre formulaciones de materiales, condiciones de procesamiento y estimación de la vida útil. Lea nuestra entrada de blog «Desmontando 5 mitos sobre la reología» para descubrir por qué la reología es relevante y accesible para usuarios de todos los niveles.