Processo de moldação por injeção para a produção de componentes tridimensionais com eletrónica integrada

Abstract

A tecnologia 3 Dimensional Molded Interconnected Device (3D MID), combina peças de plástico moldadas por injeção com padrões de circuitos condutores, capazes de integrar funções mecânicas e elétricas num único dispositivo. Esta tecnologia oferece a melhor combinação de liberdade de design geométrico e oportunidade de miniaturização, associada a redução de peso do produto. Como resultado, é considerada cada vez mais importante para aplicações especialmente na indústria automóvel, tecnologia médica, tecnologia da informação (TI), e telecomunicações. A cadeia de processo para o fabrico de um MID é composta por três etapas: numa primeira, a peça é produzida por moldação por injeção, depois procede-se à ativação da superfície do circuito por meio da incidência de energia laser e, por fim, faz-se a metalização do circuito através da imersão do componente num conjunto de banhos químicos. De forma a garantir a funcionalidade elétrica dos componentes, através da ativação adequada da superfície e de uma correta metalização é, também, essencial garantir a uniforme concentração e dispersão das partículas metálicas na superfície, na sua fase de produção, bem como garantir o rigor dimensional e uma superfície do componente adequada. Este trabalho descreve um estudo efetuado no sentido de apurar a influência das condições do processamento na qualidade da metalização. Com base numa caracterização morfológica das amostras e medição da rugosidade, antes e depois da metalização, foram avaliados os efeitos da variação dos parâmetros de injeção, nomeadamente a temperatura do fundido, a temperatura do molde e a velocidade de injeção na distribuição das cargas que compõe a matriz polimérica. Adicionalmente o estudo foi complementado com o estudo de simulações no Moldex3D.

The 3 Dimensional Molded Interconnected Device (3D MID) technology combines injection molded plastic parts with conductive circuit patterns, capable of integrating mechanical and electrical functions in a single device. This technology offers the best combination of geometric design freedom and opportunity for miniaturization, coupled with reduced product weight. As a result, it is considered increasingly important for applications especially in the automotive industry, medical technology, information technology (IT), and telecommunications. The process chain for the manufacture of an MID consists of three steps: first, the part is produced by injection molding, then the surface of the circuit is activated by laser energy, and finally the circuit is metallized by immersing the component in a set of chemical baths. In order to ensure the electrical functionality of the components, through adequate surface activation and correct metallization, it is also essential to ensure the uniform concentration and dispersion of the metallic particles on the surface, in its production phase, as well as to ensure dimensional accuracy and an adequate component surface. This paper describes a study carried out to determine the influence of processing conditions on metallization quality. Based on a morphological characterization of the samples and roughness measurement, before and after metallization, the effects of varying the injection parameters, namely casting temperature, mold temperature and injection speed on the distribution of the fillers that compose the polymeric matrix were evaluated. Additionally, the study was complemented with simulations in Moldex3D.