Yuan Gu y Ayan Maity -
Científicos principales, Electroninks
A medida que el mundo de la electrónica sigue cambiando de forma, literalmente, y los productos se vuelven portátiles, flexibles, plegables y capaces de procesar datos al mismo tiempo, la demanda de los diminutos circuitos que hacen todo esto posible ha llegado a un punto de inflexión, creando la necesidad de soluciones innovadoras.
Los avances en la fabricación aditiva están dictando la forma, el tamaño e incluso la finalidad de los nuevos productos que aún deben crear las empresas industriales y de consumo. Las tintas sin partículas de Electroninks, junto con la nueva generación de NanoJet que ofrece el sistema Integrated Deposition Solution (IDS), permiten la fabricación de sensores y circuitos. La combinación de las tintas sin partículas de Electroninks y el sistema IDS NanoJet proporciona una mayor producción en masa, una mejor calidad de impresión y un menor coste para fabricar productos electrónicos en comparación con otras tecnologías de impresión digital tradicionales.
Las tintas conductoras sin partículas de Cu, Ni, Ag, Au y Pt de Electroninks, Inc. (con sede en Austin, TX) son tintas de base metalorgánica que ofrecen un rendimiento y una fiabilidad superiores a las tintas basadas en nanopartículas. Las tintas sin partículas compuestas por precursores metalorgánicos suelen tener un mejor rendimiento porque reducen las películas metálicas de forma más limpia, a menudo a menor temperatura. Las películas finales no contienen componentes orgánicos y tienden a sobrevivir a las pruebas de tensión/adhesión, lo que aumenta su fiabilidad para el nivel de sensibilidad a la humedad (MSL) y las normas aeroespaciales.
Las tintas sin partículas compuestas por precursores metal-orgánicos se descomponen de forma más limpia y a menudo a menor temperatura. Las tintas sin partículas también tienen una mayor estabilidad durante la impresión en comparación con las tintas basadas en nanopartículas, por lo que la uniformidad y la longevidad de la impresión son mejores. La vida útil de las tintas con base metalorgánica suele ser más larga que la de las tintas con base de nanopartículas.
Tabla 1: Comparación de las tintas de Ag, Au y Pt basadas en NPs con las tintas de Ag, Au y Pt sin partículas de Electroninks
Las tintas pueden depositarse mediante la impresión por chorro de aerosol, que es un método de deposición sin contacto. El esquema de este proceso de impresión consiste en lanzar un chorro de tinta producido por atomización ultrasónica o neumática. Las tintas de Ag, Au y Pt de Electroninks están diseñadas específicamente para la atomización ultrasónica, por lo que alcanzan una mayor resolución de impresión que el proceso de atomización neumática más convencional. Este nuevo y avanzado proceso de impresión de circuitos, sensores o interconexiones con una impresora de chorro de aerosol (sistema OPTOMEC o sistema IDS NanoJet) utilizando la tinta de Ag, Au o Pt sin partículas de Electroninks es altamente flexible, de gran conductividad y fiabilidad. Este sistema también ofrece a los clientes un control total y una enorme libertad para personalizar su aplicación y elegir los sustratos.
IDS ha desarrollado la tecnología de cabezal de impresión por chorro de aerosol de última generación. Este proceso de inyección, cuya marca registrada es NanoJet, se basa en el enfoque hidrodinámico y aerodinámico. Permite una amplia distribución del tamaño de las gotas de aerosol, colimada y enfocada, lo que da lugar a líneas impresas con una calidad excepcional en los bordes. En comparación, los enfoques alternativos tradicionales han dado lugar históricamente a un exceso de pulverización en los bordes de las líneas impresas.
La tinta de Au sin partículas de Electroninks tiene una fracción sólida del 4 al 10 % en peso con una producción de masa que es competitiva con las tintas basadas en NP. La tinta sin partículas se concentra en la atomización, ya que los disolventes de alta presión de vapor se eliminan durante la atomización. Esto garantiza una producción de masa adecuada. Gracias a este novedoso diseño de la formulación de la tinta, la tinta de Au sin partículas de Electroninks puede imprimirse a temperatura ambiente con una alta producción de masa, lo que es fundamental cuando se imprime en superficies conformadas. La estructura impresa se cura térmicamente a 300 °C durante 1 hora para conseguir la mejor conductividad eléctrica.
Figura 2: Impresión de tinta de Au sobre vidrio (a) antes del curado térmico; (b) después del curado a 300C durante 1h
La sobrepulverización y las manchas satélite son inevitables en la impresión por chorro de aerosol. La sobrepulverización y las manchas satélites son causadas por gotas de menor peso con insuficiente inercia para ser enfocadas por el gas de la vaina central y depositadas a lo largo del borde de las líneas diseñadas. En cambio, la tinta de Au sin partículas tiene una excelente atomización. Presenta un exceso de pulverización limitado y manchas satélites en las características finas impresas por el sistema IDS, lo que resulta en un ancho de línea de aproximadamente 60μm. Esta mejora en la definición de los bordes de las líneas y en la calidad general de las mismas hace que la tinta de Au sin partículas de Electroninks sea adecuada para la impresión de interconexiones densas en la electrónica compacta.
La tinta de plata sin partículas de Electroninks tiene una carga de plata del 14% y el mismo mecanismo de formulación de tinta que la tinta de oro de Electroninks para garantizar un alto rendimiento en masa. La mayoría de las tintas de plata alternativas existentes requieren la impresión a una temperatura elevada para evitar la dispersión. Esto limita la impresión en superficies conformadas o en sustratos 3D. Uno de los atributos exclusivos de la tinta de plata de Electroninks es que puede utilizarse para imprimir en estructuras de alta relación de aspecto sin necesidad de calentar las placas. Las características impresas han minimizado el exceso de pulverización y el ancho de punto y línea del satélite se mide en 15μm con un grosor aproximado de 2μm.
Las tintas de Ag y Au de Electroninks pueden procesarse a temperatura ambiente, lo que las hace ideales para imprimir en superficies complejas. Su tinta de Ag proporciona una resistividad de entre 5 y 7 μΩ-cm, mientras que la de Au puede proporcionar una resistividad de 6 μΩ-cm; esta baja resistividad requiere menos pases de impresión y ahorra tiempo en comparación con otras tintas alternativas. Las pruebas piloto han demostrado que la tecnología de chorro de aerosol de nueva generación de IDS -que utiliza tintas sin partículas de Electroninks- puede imprimir características de un tamaño que va de 20μm de ancho por 2μm de alto a 20μm de alto en superficies uniformes con una calidad de bordes mejorada, menos puntos satélite y un exceso de pulverización mínimo.
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