La integración impulsará

bruce adams | 29 de septiembre de 2021

La integración de la electrónica dentro de estructuras 3D es una tendencia creciente que ofrece una solución más sofisticada que el método actual de encapsular placas de circuito impreso rígidas, según la firma de investigación de mercado independiente IDTechEx. La electrónica en molde (IME) es una tecnología emergente que permite que la electrónica se incruste en componentes de plástico moldeados y termoformados.

Con la integración de toque capacitivo, iluminación y hápticos que ofrecen reducciones de tamaño y peso de hasta un 70 %, IME puede producir de manera eficiente interfaces curvas sensibles al tacto. Debido a estos beneficios y con aplicaciones principalmente en los sectores automotriz y de bienes de consumo, IDTechEx predice que IME se convertirá en un mercado de $1500 millones para 2032.

IME puede verse como una extensión del proceso de decoración en molde (IMD) más común, en el que el plástico termoformado con un revestimiento decorativo se convierte en un componente 3D mediante moldeo por inyección. IME es una evolución de una técnica existente, por lo que gran parte del conocimiento del proceso existente y el equipo de capital se pueden reutilizar. La fabricación de una pieza con IME comienza con la serigrafía de tintas conductoras termoformables, seguida de la deposición de adhesivos eléctricamente conductores y el montaje de componentes electrónicos, como LED, dijo IDTechEx. También se pueden producir circuitos multicapa más complejos imprimiendo tintas dieléctricas para permitir cruces.

Generalmente se prefiere el policarbonato para el sustrato termoformable, según Matthew Dyson, analista senior de tecnología de IDTechEx.

"Covestro ha desarrollado una película de policarbonato que está cubierta con una capa acrílica para IME (que actúa como sustrato termoformable), alegando que combina 'las fortalezas del acrílico, como una alta resistencia a los arañazos y a los productos químicos, con las ventajas de procesamiento del policarbonato'". dijo Dyson, quien es doctor en filosofía en física y se especializa en electrónica orgánica. "El policarbonato es el plástico más común para el paso de moldeo por inyección, pero en principio se puede usar cualquier plástico donde el calor y la presión necesarios para el moldeo por inyección no dañen los componentes electrónicos. Los plásticos transparentes para el moldeo por inyección a menudo se usan como guías de luz. para estas piezas decorativas".

A pesar de las similitudes con IMD, existen muchos desafíos técnicos en la integración de componentes electrónicos que tienen que resistir el termoformado y el moldeo por inyección. Un rendimiento de fabricación muy alto es importante porque el circuito está integrado y una sola falla puede hacer que toda la pieza sea redundante, dijo Dyson.

Por el lado del material, las tintas conductoras, las tintas dieléctricas y los adhesivos eléctricamente conductores deben sobrevivir a los pasos de formación y moldeado que involucran temperaturas elevadas, presión y elongación. Además, todos los materiales de la pila deben ser compatibles, razón por la cual muchos proveedores han desarrollado carteras de tintas funcionales diseñadas específicamente para IME, dijo Dyson.

IME se utiliza mejor en casos que requieren una superficie decorativa sensible al tacto, como paneles de control en interiores de automóviles y en electrodomésticos de cocina. Permite una superficie decorativa 3D, suave, que se puede limpiar, con toque capacitivo integrado, iluminación e incluso retroalimentación háptica y antenas, dijo Dyson. Si bien los primeros ejemplos comerciales están comenzando a surgir en el espacio de bienes de consumo, la adopción en los interiores de los vehículos se ha retrasado debido al COVID-19. La lenta adopción en la industria automotriz también se atribuye tanto a los desafíos de cumplir con los requisitos de calificación automotriz como a la disponibilidad de alternativas menos sofisticadas, como la aplicación de películas funcionales a piezas termoformadas.

A pesar de este contratiempo, el mercado está comenzando a cambiar, con proveedores de equipos desarrollando capacidades especializadas y proyectos de desarrollo llegando a su fin.

“Se espera que el sector dominante sean los interiores de automóviles, con casos de uso como consolas superiores, interruptores de ventanas, consolas centrales y controles del volante”, dijo Dyson. "La sensibilidad táctil se logra a través de cambios en la capacitancia. Otros sectores de aplicación incluyen electrodomésticos (como el panel de control de las lavadoras) y otros electrodomésticos de mostrador".

"Los dispositivos médicos son otra posibilidad. Las ventajas de IME sobre los interruptores mecánicos convencionales son peso reducido, menos piezas, volumen reducido, un exterior suave y fácil de limpiar, durabilidad del componente final (sin piezas móviles) y facilidad para integrar la iluminación", dijo. dicho. "El peso reducido es especialmente deseable en los sectores automotriz (y potencialmente aeroespacial). IME también facilita el 'versionado', ya que el exterior decorativo y la electrónica se pueden cambiar fácilmente manteniendo los mismos moldes".

Actualmente, IME con componentes electrónicos montados en una superficie plana antes del termoformado es una tecnología emergente que no se usa mucho. Pero hay excepciones.

"Hay algunos ejemplos comerciales de dominio público, como la cerradura inteligente Shepard, dijo Dyson. Sin embargo, otros métodos de fabricación relacionados, como la aplicación de una película con rastros conductores al plástico termoformado, están más establecidos, agregó. A pesar de ser En las primeras etapas, los principales fabricantes de plásticos como DuPont y Covestro están invirtiendo en desarrollar una cartera de materiales para IME, según Dyson, porque esperan ofrecer productos más especializados/diferenciados para una nueva tecnología, además de ser los primeros para suministrar plásticos que definen los métodos de procesamiento utilizados.

El objetivo a largo plazo para IME es convertirse en una tecnología de plataforma establecida, similar a las PCB rígidas de hoy, dijo Dyson. Una vez logrado esto, producir un componente/circuito será una simple cuestión de enviar un archivo de diseño electrónico, en lugar del costoso proceso de consultar con especialistas de IME, como se requiere actualmente. A medida que esta tecnología gane aceptación, requerirá reglas de diseño claras, materiales que se ajusten a los estándares establecidos y el desarrollo de herramientas de diseño electrónico, añadió.

Un informe completo actualizado de IDTechEx, "In-Mold Electronics 2022-2032: Technology, Market Forecasts, Players", cubre las soluciones comerciales y emergentes de los jugadores clave a medida que IME avanza desde la I + D hasta obtener una adopción generalizada en múltiples sectores de aplicaciones. También identifica los cuellos de botella clave y las oportunidades de innovación, así como las tecnologías emergentes asociadas con IME, como las tintas sin partículas termoformables.

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