El moldeo por inyección integrado de metal y plástico (IMKS) es un proceso desarrollado en la Universidad RWTH de Aquisgrán para fabricar componentes plásticos complejos con un interior conductor. En su desarrollo participa un especialista en soldaduras sin plomo. Las soldaduras crean rutas conductoras y conexiones de componentes electrónicos en las piezas moldeadas por inyección.
Desde el cambio a la tecnología de soldadura sin plomo en 2006, las soldaduras dopadas con níquel se han establecido en todos los procesos de soldadura de la producción electrónica: como soldadura sólida para sistemas de soldadura por ola y selectiva, como polvo en pastas de soldadura SMD para procesos de soldadura por reflujo y como hilos de soldadura rellenos de fundente para soldadura manual y automatizada por pistón. Además de estos campos de aplicación "convencionales", los campos de soldadura NiGe Sn100Ni+ y Sn96Ag+ han encontrado un nuevo campo de aplicación: En el proceso de "moldeo por inyección integrado de metal/plástico" (IMKS), diseñado por el Instituto de Procesamiento de Plásticos (IKV) de la Universidad RWTH de Aquisgrán y desarrollado con el apoyo del fabricante de máquinas de moldeo por inyección KraussMaffei y el Grupo Heinze, se utilizan para producir las conexiones eléctricas y mecánicas integradas de la electrónica. El proceso de fabricación produce componentes de plástico complejos y funcionales eléctricamente en un proceso de moldeo por inyección/presión de una sola etapa. Las bases de este proceso se han sentado en varios proyectos IMKS desde 2014. Desde entonces, Felder GmbH también ha sido miembro de los comités de acompañamiento de proyectos.
Fig. 2: Muestra del proyecto "IMKS contacting" [2]
Este es el procedimiento básico del proceso IMKS: En primer lugar, se fabrica un cuerpo de plástico (carcasa, soporte de componentes) mediante moldeo por inyección. Éste se transfiere a una segunda cavidad dentro del molde, se colocan los componentes electrónicos (para esta configuración de prueba, un cable de cobre liso) y se inyectan pistas conductoras hechas de soldadura blanda sin plomo en los canales de las pistas conductoras previstos para este fin mediante el proceso de fundición a presión. La principal ventaja de este método es que acorta la cadena de procesos al eliminar la necesidad de complejos procesos de metalización o inserción para la funcionalización electrónica de piezas de plástico moldeadas por inyección.
Del gran número de aleaciones de soldadura convencionales sin plomo que se han establecido en la producción de conjuntos electrónicos desde 2006, tres soldaduras -
- Bi58Sn42 (punto de fusión 138 °C)
- Sn96Ag+ (Sn96/Ag3/Cu0,5/Ni0,05/Ge0,01, intervalo de fusión 217-219 °C) y
- Sn100Ni+ (Sn99.24/Cu0.7/Ni0.05/Ge0.01, punto de fusión 217 °C)
- como materiales conductores. Inicialmente, la aleación Bi58/Sn42 parecía ideal para el IMKS debido a su baja temperatura de fusión y procesamiento. Sin embargo, debido a su insuficiente conductividad eléctrica y a su baja resistencia de unión a los termoplásticos ensayados, no se siguió considerando en el actual proyecto IKV "IMKS contacting" [1].
El Sn100Ni+ y el Sn96Ag+ mostraron los valores de resistencia más altos en la combinación de materiales con plástico conductor térmico en los ensayos de tracción realizados en los cuerpos de las muestras(Fig. 2). La conductividad eléctrica más alta en toda la longitud de la pista conductora también se midió con Sn100Ni+ (también en combinación con plásticos térmicamente conductores). La alta pureza de las soldaduras NiGe de Felder y la baja oxidación en estado fundido reducen los defectos de fundición y garantizan conexiones fiables con los contactos. El contenido optimizado de níquel en las soldaduras prolonga de forma demostrable y significativa la vida útil de las piezas del sistema en contacto con el metal fundido.
El proceso IMKS ya está listo para la producción en serie y se dispone de las correspondientes instalaciones de producción comercial. No obstante, en IKV se sigue investigando sobre este tema: se está optimizando el trazado de las vías conductoras y el contacto de los insertos con el fin de crear nuevos ámbitos potenciales de aplicación de esta innovadora tecnología.
www.ikv-aachen.de, www.felder.de
Referencias:
[1] Título completo: 'Analysis of the contacting of metallic inserts with low melting metal alloys in integrated metal/plastic injection moulding'
[2] Imágenes: Hopmann, C.; Sturm, I.: Langzeitbeständige Leiterbahnen - Prozesssimulationen zum Optimieren des Integrierten Metall/Kunststoff-Spritzgießens. Plastverarbeiter 70 (2019) 10, p. 96-99
