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Alternativas de soldadura para la transición a la electrónica flexible e integrada

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La fijación de componentes electrónicos, como los circuitos integrados y los LED, a los sustratos es un aspecto esencial de la fabricación de productos electrónicos. Mientras que la soldadura sin plomo convencional es excelente para las placas de circuito impreso rígidas convencionales, no es tan adecuada para las aplicaciones emergentes que requieren la fijación de componentes a sustratos flexibles o superficies conformadas.

Los materiales de fijación de componentes pueden dividirse en dos categorías, como se muestra en el gráfico.

La soldadura, que antes se basaba en el plomo pero que ahora es principalmente sin plomo, ofrece la doble ventaja de ser de bajo coste y estar bien establecida. Además, el proceso de reflujo ayuda a la alineación de los componentes, que se reorientan para minimizar la energía superficial de la gota de soldadura. Esta autoalineación reduce significativamente los requisitos de resolución del proceso de recogida y colocación, lo que permite una mayor velocidad de colocación de los componentes.

Sin embargo, la soldadura tiene una desventaja clave. El proceso de reflujo suele requerir altas temperaturas, de unos 250 C, para las soldaduras SAC (estaño/plata/cobre) ampliamente utilizadas, y también requiere rampas térmicas que requieren mucho tiempo. Por ello, no es aplicable a sustratos térmicamente frágiles como el PET, y tampoco es compatible con la fabricación de alta velocidad de rollo a rollo (R2R) ni con la electrónica aditiva 3D. Hay que tener en cuenta que recientemente se han desarrollado soldaduras de temperatura ultrabaja para mejorar la compatibilidad con los sustratos poliméricos, pero aún no han obtenido una aceptación generalizada.

El proceso de reflujo a alta temperatura y que requiere mucho tiempo deja espacio para los adhesivos eléctricamente conductores (ECA), que se analizan en detalle en el nuevo informe de IDTechEx "Electrically Conductive Adhesives 2022-2032: Tecnologías, mercados y previsiones". En lugar de ser una aleación metálica como la soldadura, los ECA están compuestos por un polvo metálico incrustado en una resina polimérica.

Aunque son más caros y no tienen la ventaja de la autoalineación, los ECA permiten fijar los componentes inmediatamente al sustrato y no requieren ni altas temperaturas de reflujo ni largas rampas térmicas. Por tanto, es muy poco probable que sustituyan a la soldadura en las placas de circuito impreso convencionales, pero se prevé que aumenten su cuota de mercado con la transición hacia la electrónica integrada y flexible.

Además, los adhesivos conductores anisotrópicos ACA permiten una capacidad de paso inferior a la de los adhesivos conductores isotrópicos (ICA) más comunes. En la actualidad, los ACA (que se suministran como películas o pastas) requieren la aplicación de altas temperaturas y presiones durante la colocación de los componentes, lo que aumenta tanto los costes de fabricación como el riesgo de que se dañen. Sin embargo, la tecnología emergente de los "adhesivos conductores alineados con el campo" elimina esta limitación, ya que la conductividad anisotrópica se induce antes de la fijación.

Aplicaciones emergentes de los ECA
Los ECA se adaptan muy bien a las aplicaciones que requieren el montaje de componentes electrónicos en cualquier cosa que no sea un sustrato FR4 convencional, especialmente cuando el material del sustrato es térmicamente frágil.

Una aplicación emergente muy prometedora de los ECA es la electrónica en molde (IME), utilizada para fabricar superficies decorativas con detección táctil capacitiva e iluminación integradas. Los interiores de automóviles son el principal caso de uso, y se prevé que el mercado total de IME alcance unos 1.500 millones de dólares en 2032. Los componentes IME se fabrican mediante la serigrafía de tinta conductora sobre un sustrato plano (normalmente policarbonato), tras lo cual se montan los componentes electrónicos. Los ECA se utilizan porque el policarbonato no soportaría las altas temperaturas de reflujo de la soldadura.

Otra aplicación prometedora de los ECAs es la electrónica híbrida flexible (FHE), un enfoque en desarrollo que puede considerarse que toma lo "mejor de ambos" de la electrónica convencional y la electrónica impresa. Para ello, los componentes deben montarse en sustratos flexibles con trazos conductores impresos, y se necesitan ECA (o, alternativamente, soldaduras a muy baja temperatura) para no dañar los sustratos de PET de bajo coste.

Un caso de uso muy específico para los ECA es la electrónica estirable, necesaria para los textiles electrónicos y algunos parches electrónicos para la piel. Esto requerirá soluciones de fijación de componentes ligeramente estirables. Dado que las propiedades mecánicas de los ECA dependen en gran medida de las propiedades de la resina polimérica, se puede introducir una ligera elasticidad utilizando un material elastomérico

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