La combinación de superficies de aluminio recientemente funcionalizadas con la innovadora impresión de cobre abre nuevas posibilidades de optimización para la electromovilidad, la electrónica impresa, la electrónica de potencia, la calefacción y refrigeración, los sistemas de iluminación LED y las energías renovables.
Los materiales avanzados desempeñan un papel decisivo en la búsqueda de soluciones para la electromovilidad sostenible y la eficiencia de los recursos. Las empresas Automoteam GmbH (Alemania) y PrintCB (Israel) presentan el nuevo sistema multimaterial con nuevas propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas.
El cobre ha sido el material conductor más utilizado en electrónica y comunicaciones durante medio siglo. Sin embargo, a pesar de sus evidentes avances, la impresión del cobre ha sido un gran reto tecnológico durante muchos años.
PrintCB aborda el reto del cobre con un enfoque completamente nuevo. Gracias a la química avanzada y a la ciencia de los materiales, la empresa ha podido desarrollar CopPair, una plataforma que utiliza tecnologías de impresión convencionales para imprimir cobre conductor a bajas temperaturas de secado y en condiciones ambientales para superar la oxidación.
La capacidad de imprimir cobre a temperaturas de hasta 110°C mediante procesos industriales tradicionales y secado en aire caliente abre nuevas posibilidades para combinaciones de electrónica impresa en plásticos, así como en otros materiales menos sensibles.
Propiedades contradictorias de los materiales
Metaker Surface es un proceso para la modificación electroquímica por inmersión de superficies de metales ligeros. El proceso transforma las capas superficiales de una pieza en un nuevo tipo de material microcompuesto bajo plasma electrolítico y bajo la influencia de millones de microarcos de luz (Fig. 2).
Las piezas de aluminio con capas superficiales Metaker presentan una microestructura, microporosidad, activación química, gradación y multifuncionalidad únicas. Las siguientes nuevas propiedades superficiales del aluminio modificado serían de interés para la electromovilidad y las energías renovables:
- Resistencia al desgaste de muy buena a extrema
- Muy buena resistencia a la corrosión
- Muy buen aislamiento eléctrico
- Muy buena conductividad térmica
- Muy buena radiación térmica
- Muy buena reflexión o absorción de la luz
- Microestructuración con superficie específica muy elevada
- Microporosidad, activación química y enorme compatibilidad con otros materiales
- Muy buenas propiedades decorativas.
Cualquier componente de aluminio, como piezas macizas, chapas, láminas, capas, tejidos, alambres, bobinas de alambre, espumas de poro abierto e incluso híbridos de materiales resistentes al agua con un componente de aluminio, puede modificarse mediante el proceso Metaker. Su geometría puede ser tan compleja como se desee.
Las nuevas propiedades del material de las capas de borde de aluminio permiten sustituir las costosas aleaciones de aluminio, acero, titanio, latón, bronce, PEEK o cerámica. Al mismo tiempo, se puede mejorar la funcionalidad y eficacia de una amplia gama de productos. Además, esta sustitución independiza los procesos de producción de las tecnologías de superficie convencionales y perjudiciales para el medio ambiente, como el fosfatado, el anodizado, el cromado, el cromado, el bruñido, el recubrimiento catódico por inmersión, el recubrimiento en polvo, el niquelado químico, el CVD, el PVD y muchas otras.
El sistema de control de procesos Metaker permite producir cientos de perfiles de propiedades diferentes. Algunos de ellos se producen en serie desde 2010, pero la mayoría son aún desconocidos e inexplorados por el gran público.
La combinación tecnológica de las superficies Metaker con la innovadora impresión de cobre abre todo un nuevo campo de aplicación.
Impresión de cobre sobre aluminio
Las superficies Metaker multifuncionales, microporosas, microestructuradas y químicamente activadas pueden imprimirse con tintas de cobre mediante diversos procesos.
Fig. 2: La imagen grande muestra imágenes de microscopio óptico de una superficie Metaker. La imagen pequeña de arriba muestra la sección transversal de una pieza de aluminio (blanca en la imagen) con una capa de Metaker. Laimagen pequeña de abajo muestraun disipador de calor de aluminio modificado La figura 1 muestra varias superficies Metaker impresas con la tinta de cobre de PrintCB. Estas superficies se serigrafían y después se secan a 140 °C, lo que da como resultado una fuerte adherencia y una buena conductividad eléctrica de aproximadamente 0,07 Ohm por cuadrado. También se evaluó la conductividad térmica del compuesto de cobre-metacrilato, que resultó ser del orden de 30-40 W/m*K. También se demostró la soldadura con tinta de cobre utilizando pasta de soldadura Sn-Bi. Las superficies Metaker y las tintas de cobre pueden personalizarse para diferentes aplicaciones.
El ejemplo de la derecha muestra una disposición de pistas de cobre impresas sobre un sustrato Metaker blanco y decorativo, incluida la soldadura de cables y LED.
El ejemplo de la izquierda muestra una superficie de cobre de 50 x 50 mm impresa sobre un sustrato Metaker blanco decorativo. Este ejemplo muestra un posible material de interfaz térmica (TIM) para su uso en electrónica de potencia. Una superficie de este tipo puede soldarse para fijar dispositivos de potencia. Las mediciones térmicas realizadas en esta superficie mostraron una conductividad térmica de 30-40 W/m*K.
La combinación de cobre y aluminio funcionalizado abre nuevas posibilidades y utiliza lo mejor de estos dos materiales técnicos. El aluminio es un metal ligero y rentable con una elevada conductividad térmica, y es el metal preferido por la industria automovilística. Sin embargo, la adhesión al aluminio es un reto debido a su óxido nativo. La funcionalización del aluminio puede ayudar a superar este reto.
La impresión de cobre conductor permite producir de forma rentable circuitos, electrodos, almohadillas y superficies conductoras para diversas aplicaciones. La posibilidad de soldar dispositivos electrónicos de potencia como LED, inversores y otros en una superficie de cobre impresa sobre aluminio garantiza una excelente disipación del calor y abre muchas nuevas posibilidades en el diseño de la electrónica de potencia de próxima generación en vehículos eléctricos y energías renovables.
Desarrollo de la innovación
Las nuevas tecnologías pueden utilizarse para optimizar productos y procesos existentes y para desarrollar innovaciones disruptivas de productos y procesos en una amplia gama de campos técnicos. Las soluciones híbridas inteligentes con superficies Metaker y cobre se desarrollan y realizan en colaboración cooperativa entre socios especializados de la ciencia, la industria y los servicios. Se diseñan para aplicaciones específicas y se desarrollan desde prototipos funcionales en varias iteraciones hasta la producción en serie.
Antes de hacer realidad una idea de proyecto, los equipos de desarrollo interdisciplinarios necesitan una comprensión holística de la tecnología. Los nuevos conocimientos se imparten a las empresas interesadas en talleres tecnológicos personalizados.
