- Se prevé que los métodos de fabricación de electrónica digital ganen más tracción
Clase Turista
A la pregunta de si la electrónica es una «tecnología digital», casi todo el mundo respondería afirmativamente. Sin embargo, aunque las placas de circuitos impresos (PCB) hacen posible las tecnologías digitales, los procesos de fabricación utilizados para producirlas siguen siendo en gran medida analógicos.
Por «fabricación digital» se entiende cualquier método controlado directamente por un ordenador (el simple uso de software en el proceso de diseño no cuenta). Ejemplos conocidos son el mecanizado CNC (control numérico por ordenador), un método sustractivo en el que una herramienta de corte rotativa elimina material de forma selectiva, y la impresión 3D, un método aditivo que implica la deposición selectiva de metal, plástico o incluso cerámica. En ambos casos, el control directo por ordenador significa que cada pieza producida puede tener un diseño diferente e incluso que el diseño puede ajustarse una vez que la fabricación está en marcha.
En cambio, la fabricación convencional de PCB adopta un enfoque analógico. El patrón deseado se transfiere a una máscara que se utiliza para la fotolitografía. A continuación, se eliminan con un agente grabador las zonas del material que no están recubiertas con el patrón, por ejemplo, el laminado de cobre de una placa de circuito impreso. Aunque este método permite una producción eficiente de alto rendimiento, la introducción de métodos de fabricación digital aportaría ventajas adicionales.
¿Por qué necesitamos la fabricación digital de productos electrónicos?
Podría decirse que la principal ventaja de la fabricación digital sobre la analógica es que cada artículo puede ser diferente sin tiempo ni costes adicionales de preparación. Por eso las impresoras de chorro de tinta (digitales) se utilizan en casa, ya que normalmente sólo se necesita una copia, mientras que la impresión offset (analógica) se utiliza para periódicos producidos en masa.
En el caso de la electrónica, la fabricación digital permite la creación rápida de prototipos, lo que acelera el proceso de diseño. Facilita la personalización en masa, donde cada circuito tiene un diseño diferente si se desea sin aumentar drásticamente los costes de producción. Además, los métodos de fabricación digital de alta resolución pueden utilizarse junto con la fotolitografía convencional para reparar cualquier rotura no deseada en los circuitos.
Métodos de fabricación digital para la electrónica
El interés por los métodos de fabricación digital de productos electrónicos ha aumentado rápidamente en los últimos años. Aunque la impresión por chorro de tinta es, con diferencia, el método mejor establecido para depositar digitalmente tinta conductora, hay una serie de técnicas emergentes que son a la vez digitales y aditivas. Todas ellas ofrecen el control directo de la fabricación digital al tiempo que abarcan una amplia gama de rendimientos, resoluciones, viscosidad del material y dimensionalidad del sustrato.
Print-then-plate utiliza la impresión por chorro de tinta de una fina capa de tinta conductora de nanopartículas de plata para crear un patrón selectivo en el sustrato. A continuación, esta «capa semilla» se metaliza completamente mediante electrodeposición, produciendo un circuito de cobre. Este método ya se utiliza para la producción en serie. Combina la personalización de la fabricación digital, la reducción de residuos de la fabricación aditiva y la conductividad del cobre metálico (en lugar de la tinta conductora impresa).
La transferencia directa inducida por láser (LIFT) puede considerarse un híbrido entre la estructuración directa por láser (LDS) y la impresión por chorro de tinta. En pocas palabras, un láser calienta tinta conductora recubierta por debajo de una «placa de transferencia», y el disolvente que se evapora expulsa la tinta. La ausencia de boquilla es una gran ventaja, ya que permite utilizar tintas viscosas típicas de la serigrafía. La tecnología LIFT puede utilizarse en combinación con la producción R2R, lo que permite fabricar circuitos personalizados de forma rápida y rentable.
La impresión en aerosol es una técnica relativamente consolidada que se adapta bien a la impresión en superficies 3D. Se atomiza una tinta de baja viscosidad y se forma un fino chorro colimado dentro de una capa de gas, lo que permite resoluciones tan finas como 10 um con una distancia de trabajo de hasta 5 cm. Ya se utiliza en el proceso de producción de envases de semiconductores y pronto se aplicará a superficies conformadas de mayor superficie, como el cristal de los automóviles.
La impresión electrohidrodinámica (EHD) utiliza un campo eléctrico para «tirar» de la tinta desde una boquilla en lugar de depender de la presión para «empujar» la tinta. Esta técnica, que permite trazos tan estrechos como 1um, se utiliza actualmente para reparar defectos en placas base de TFT. Un nuevo método consiste en combinar cientos de boquillas direccionables individualmente en un único chip MEMS (sistema microelectromecánico) que promete romper el equilibrio entre resolución y rendimiento en la fabricación aditiva de productos electrónicos a pequeña escala.
La impresión por impulsos es una técnica innovadora que se encuentra en las primeras fases de desarrollo y que promete un alto rendimiento de impresión en superficies 3D, como los bordes de placas de vidrio o envases de semiconductores 2,5D. El método utiliza un rápido pulso de calor procedente de un conjunto controlable de elementos calefactores para expulsar tinta desde una «superficie de transferencia» plana hasta el objeto de destino. Como no se utiliza boquilla, la tinta puede expulsarse simultáneamente desde toda la «superficie de transferencia» calentada.
Panorama general
Se prevé que los métodos de fabricación de electrónica digital descritos ganen más tracción, impulsados por el deseo de una mayor personalización, ciclos de desarrollo de productos más cortos y la demanda de electrónica 2,5D/3D.
El informe de IDTechEx, «Fabricación De Productos Electrónicos Impresos 2023-2033», se basa en 20 años de cobertura de la electrónica impresa y flexible para explorar estas tecnologías y muchas otras, incluida la fabricación de rollo a rollo.
A partir de la información obtenida en conferencias y entrevistas primarias, se describen los actores, las capacidades, las tendencias y los requisitos en el ámbito de la fabricación de electrónica impresa, lo que ayuda a tomar decisiones en el desarrollo de productos y a la hora de escalar a la producción en masa.
