Los textiles electrónicos para llevar puestos son un entorno exigente para las interconexiones fiables: la capacidad de funcionar con el movimiento y sobrevivir a múltiples limpiezas y reutilizaciones. Una buena adherencia es especialmente difícil en estas aplicaciones electrónicas vestibles y conformables. Aunque las soldaduras proporcionan la conexión eléctrica más conductora, son rígidas y requieren no sólo la adición de un adhesivo de relleno, sino también un encapsulado posterior a la unión. ZTACH® ACE, el epoxi conductor anisotrópico de SunRay Scientific, proporciona interconexiones fiables entre los componentes electrónicos y los circuitos en los textiles con una excelente unión estructural, sin encapsulación, incluso bajo estiramientos y lavados repetidos. ZTACH® ACE se ha mostrado como un proceso de montaje escalable para la fabricación de textiles electrónicos en una línea SMT.
Vídeo de resistencias, reguladores de tensión y LEDs aplicados a tintas conductoras estirables de plata y carbono, impresas en TPU, sin encapsulado, pasando por tensiones extremas y sobreviviendo fácilmente para seguir siendo funcionales
Adhesivo anisotrópico conductor de la electricidad compatible con el procesamiento SMT automatizado
ZTACH® ACE, un epoxi conductor anisotrópico, permite la conexión simultánea en el eje Z de todos los dispositivos de una placa, hoja o tejido, en grandes formatos. No requiere ningún tipo de patrón, ni presión de adhesión, y puede curarse a bajas temperaturas. ZTACH® ACE puede adherirse a una amplia gama de sustratos, como el PET, el TPU, diversos tejidos y las placas de circuito impreso. Este material actúa como su propio relleno, proporcionando una adhesión y una resistencia al cizallamiento superiores, eliminando la necesidad de un relleno secundario o una encapsulación posterior a la adhesión. ZTACH® ACE puede lograr un paso fino de hasta 100 micras. Actualmente se está desarrollando un paso de menos de 50 micras.
Figura 1: ZTACH® ACE - Columnas
Este vídeo es un corte transversal de rayos X de gran aumento en tiempo real de ZTACH® ACE, colocado sobre la Paleta Magnética ZMAG™, mientras se somete simultáneamente al curado.
ZTACH® ACE funciona mediante la alineación magnética de partículas conductoras ferromagnéticas a través de la paleta magnética ZMAG™ patentada por SunRay. Como se ilustra en la Figura 1 y se muestra en el vídeo, una vez colocadas en la Paleta ZMAG™, estas partículas se alinean inmediatamente en "cables" del eje z mantenidos magnéticamente en su lugar mientras la resina se endurece por el proceso de curado. Esto conecta eléctricamente el dispositivo al circuito. Debido al bajísimo porcentaje de partículas de relleno, la resina crea una fuerza de unión excepcionalmente mayor para el dispositivo en comparación con los métodos de fijación tradicionales. Dado que ZTACH® ACE es básicamente un relleno con columnas conductoras en el eje Z, crea conductividad eléctrica en las ubicaciones de las almohadillas y disipación térmica entre ellas, todo ello manteniendo el aislamiento eléctrico en el plano X-Y.
El buen rendimiento de ZTACH® ACE se ha demostrado a través de miles de componentes interconectados en cientos de hojas en líneas de SMT/reflujo de gran volumen.
ZTACH® ACE supera las limitaciones de las soldaduras convencionales
A diferencia de la soldadura, ZTACH® ACE proporciona tanto la conexión eléctrica como el relleno.
La mayoría de las conexiones de soldadura sobre un sustrato flexible requieren tradicionalmente la adición de un encapsulante para su protección y para mantener la adhesión de las juntas de interconexión menos flexibles. ZTACH® ACE ha demostrado su fiabilidad sin necesidad de un encapsulante. Esto elimina un paso de fabricación y la rigidización localizada creada por un encapsulante, con un perfil de producto menos voluminoso. La ausencia de encapsulante es especialmente beneficiosa en las aplicaciones LED, ya que la claridad de los LED no se ve afectada por la adición de una cubierta ópticamente transparente. El rendimiento a lo largo del tiempo tampoco se ve afectado por las características de envejecimiento de un material encapsulante. Esto es especialmente útil para el rendimiento óptimo de los LEDs UV en aplicaciones médicas.
La figura 2* muestra los resultados de las pruebas de fiabilidad de los componentes fijados con ZTACH® ACE en circuitos impresos de plata, montados con éxito en la línea SMT de Molex Printed Circuit Solutions. ¡Todas las piezas probadas con y sin recubrimiento de encapsulación pasaron!
Figura 2: *Este material se basa en una investigación patrocinada por el Laboratorio de Investigación del Ejército bajo el Acuerdo de Cooperación Número W911NF-19-2-0345. Las opiniones y conclusiones contenidas en este documento son las de los autores y no deben interpretarse como representación de las políticas oficiales, expresas o implícitas, del Laboratorio de Investigación del Ejército o del Gobierno de los Estados Unidos. El Gobierno de los Estados Unidos está autorizado a reproducir y distribuir reimpresiones para fines gubernamentales, a pesar de cualquier anotación de derechos de autor en el mismo.
La electrónica vestible plantea retos que van más allá de las tradicionales placas de circuitos SMT o de los circuitos flexibles
Los tejidos eléctricos funcionales exigen que se mantengan buenas conexiones entre los dispositivos y los circuitos impresos o tejidos en el tejido. La adhesión es un reto especialmente entre el troquel rígido y el tejido que se estira o se mueve. ZTACH® ACE se aplica en un solo paso de estarcido, seguido de magnetización y curado. El material se aplica a lo largo de toda la huella del componente para proporcionar tanto interconexión como unión estructural a los circuitos eléctricos del tejido. ZTACH® ACE estabiliza los puntos de interconexión: las columnas de partículas alineadas en el eje Z, mantenidas en su lugar por la resina epoxi, permiten la flexión del tejido circundante al tiempo que mantienen la conexión eléctrica.
Basándose en un proyecto financiado por Advanced Functional Fabrics of America (AFFOA), un programa del Instituto de Innovación en la Fabricación de los Estados Unidos, Project Call 2.0, SunRay Scientific y UMASS Lowell desarrollaron la fabricación funcional de e-Textile hoja a hoja y demostraron su escalabilidad en una línea SMT. El proyecto[1], "Reliable High Density Conformal Electrical Interconnects for Dynamically Active Flexible Textile Functionalization" (Interconexiones eléctricas conformadas de alta densidad para la funcionalización de textiles flexibles dinámicamente activos), unió los LED a los circuitos de cables conductores tejidos en la tela.
Figura 3 (izquierda): LEDs fijados en la línea SMT con ZTACH® ACE sobre tela con hilos conductores tejidos y Vídeo (derecha) que muestra la funcionalidad posterior al montaje1.
Estos e-textiles operativos se sometieron a pruebas de ciclos de lavado y secado.
[1] Este material se basa en una investigación patrocinada por el ARDEC del Ejército de los Estados Unidos bajo el número de acuerdo W15QKN-16-3-0001. El Gobierno de los Estados Unidos está autorizado a reproducir y distribuir reimpresiones para fines gubernamentales.
A pesar de los notables progresos realizados en el campo de los e-textiles, siguen existiendo importantes retos en cuanto a funcionalidad, fiabilidad, escalabilidad y coste. La robustez de las interconexiones ha sido señalada repetidamente como un reto principal tanto en la electrónica híbrida flexible conformada como en los e-textiles estirables. El innovador adhesivo conductor del eje z de SunRay Scientific es compatible con la integración en una línea SMT con pasos reducidos, sin presión y a baja temperatura. ZTACH® ACE, con unos requisitos de diseño mínimos, se incorpora fácilmente a los diseños de productos actuales o nuevos, a la vez que favorece la miniaturización y la ligereza de los conjuntos electrónicos y los e-textiles vestibles. ZTACH® ACE ha demostrado ser una solución de interconexión fiable en comparación con los métodos convencionales y ha demostrado una producción escalable de productos electrónicos para llevar puestos.
22 Meridian Road, Unit 1 * Eatontown, NJ 07724 * www. sunrayscientific.com
Esta investigación fue, en parte, financiada por el Gobierno de los Estados Unidos. Las opiniones y conclusiones contenidas en este documento son las de los autores y no deben interpretarse como representativas de las políticas oficiales, expresas o implícitas, del Gobierno de EE.UU. [This is automatically translated from English]