Optimisez la distribution et le débit de l’électronique pour un débit plus élevé avec la rhéologie

La distribution et le débit sont importants pour une variété de techniques et de matériaux de fabrication de l’électronique. De l’application précise de pâtes à souder et d’adhésifs aux nouveaux développements dans l’électronique flexible et les méthodes de fabrication additive, la rhéologie joue un rôle clé dans l’amélioration de la processabilité, de la qualité des produits et de la cohérence de fabrication.

La rhéologie est l’étude de la déformation et de l’écoulement lorsqu’une force est appliquée, ce qui la rend cruciale pour l’optimisation de la fabrication électronique. La rhéologie répond à des questions critiques dans diverses applications électroniques telles que:

• Comment ma pâte à souder change-t-elle pendant le stockage et comment puis-je prévoir sa durée de conservation?
• Quelle est la viscosité idéale de mes circuits électroniques imprimés au jet d’encre ?
• Ma pellicule mince ou mon époxy conserveront-ils leur forme ou leur affaissement avant séchage/durcissement ?
• Est-ce que mon matériel coulera facilement ou se bouchera dans ma seringue?

Ces comportements sont dépendants du cisaillement, ce qui signifie que la viscosité du matériau (résistance à l’écoulement) change en fonction des forces qu’il subit pendant le mélange, la distribution, le stockage ou le durcissement. Par conséquent, ces matériaux doivent être évalués sur une large gamme de taux de cisaillement – ce qui est possible sur un rhéomètre mais pas sur un viscosimètre. Les rhéomètres sont également capables de mesurer la limite élastique dans des matériaux dépendants du temps pour prédire le comportement à long terme.

Les chercheurs et les fabricants du monde entier utilisent les Water Rheometers pour étudier la distribution et le débit de leurs matériaux électroniques. Apprenez de quatre articles publiés pour voir comment la rhéologie a amélioré leurs matériaux et procédés dans les sections ci-dessous.

La pâte à souder rationalise la production en série d’électronique mais est un mélange réactif qui nécessite une manipulation et un stockage minutieux. Les composants de poudre et de flux de la pâte à souder « déclenchent des réactions chimiques immédiatement après le mélange », ce qui signifie que la pâte à souder change continuellement tout au long de la fabrication, du transport, du stockage et de l’utilisation, tous influencés par la température et l’humidité. ¹ La capacité d’un rhéomètre à contrôler le taux de cisaillement et la déformation, associée à la sensibilité au couple, en font « l’une des meilleures méthodes pour quantifier le changement de la pâte à souder ».

Des chercheurs de Kester Inc, un fabricant de pâte à souder, ont étudié la durée de conservation et les propriétés de la pâte à souder à l’aide d’un rhéomètre Discovery Hybrid¹. Ils ont mis au point une méthode de prévision accélérée de la durée de conservation à l’aide de plusieurs méthodes d’essai rhéologiques, révélant que la température de stockage influe davantage sur la viscosité de l’utilisation finale que sur la durée de conservation.

L’impression jet d’encre est une technologie clé permettant l’électronique imprimée, y compris l’électronique flexible et portable. Des chercheurs de l’Université de Cambridge, de l’Université Jiangnan et de l’Université polytechnique de Milan ont créé des transistors à effet de champ (FET) flexibles et lavables imprimés au jet d’encre sur des textiles, qui permettent d’imprimer des circuits électroniques entièrement imprimés au jet d’encre². Le rhéomètre hybride Discovery a été utilisé pour mesurer la viscosité en fonction du taux de cisaillement de deux formulations d’encre, ce qui les a aidés à calculer des mesures d’imprimabilité telles que la plage inverse du nombre d’Ohnesorge (Z) pour une impression optimale au jet d’encre.

Une autre étude a utilisé l’impression microjet sans contact pour créer des tatouages électroniques personnalisés par électroencéphalographie. ³ Des chercheurs de l’Université du Texas et de l’Université de Californie à Los Angeles ont mis au point des encres biocompatibles à faible viscosité qui sont projetées sur le cuir chevelu où elles « s’autoséchent en couches minces souples, étirables et conductrices ». En utilisant les mesures de viscosité d’un rhéomètre hybride Discovery 30, ils ont observé que la viscosité accordable de leur encre et son amincissement par cisaillement soutenaient une impression stable au microjet.

La fabrication additive est une technique en pleine expansion pour imprimer des structures électroniques complexes, y compris des appareils portables, une robotique douce et un stockage d’énergie personnalisé. Des chercheurs de l’Université de l’Alberta ont mis au point une nouvelle méthode d’écriture directe à l’encre (une forme de fabrication additive) de capteurs de pression capacitifs à l’aide d’une encre à base d’eau. ⁴ À l’aide du rhéomètre ARE, ils ont confirmé que leur formulation d’encre avait un comportement anti-cisaillement souhaitable : capable de s’écouler librement en passant dans la seringue étroite, puis de maintenir une viscosité plus élevée une fois qu’elle est distribuée sur le substrat. Le comportement d’amincissement par cisaillement de l’encre signifie également que l’extrusion nécessite moins de pression, facilitant ainsi « l’extrusion lisse à travers de petites buses résultant en des motifs continus ».

La fabrication et la conception de l’électronique sont rendues possibles par la rhéologie, comme le démontrent les articles ci-dessus. De la durée de conservation à la distribution et au séchage, chaque étape de la fabrication de l’électronique est influencée par les propriétés rhéologiques. La quantification de ces propriétés est la première étape vers la conception de procédés plus efficaces et de produits innovants.

Si vous pensez que la rhéologie est trop compliquée ou non pertinente pour votre laboratoire, détrompez-vous. Les principaux laboratoires d’électronique adoptent déjà la rhéologie pour prendre des décisions éclairées sur la formulation des matériaux, les conditions de traitement et l’estimation de la durée de conservation. Lisez notre blog Dispelling 5 Myths About Rheology pour apprendre pourquoi la rhéologie est pertinente et accessible pour les utilisateurs de tous niveaux.