Proyecto Solaris: ZKW y sus socios desarrollan un material de alto desempeño

Una soldadura resistente, que se restablece a sí misma, debe hacer más confiables a los componentes electrónicos

En el marco del programa “Producción del futuro”, el Proyecto Solaris recibe el apoyo de la agencia de fomento FFG y del Ministerio de Tecnología. La dirección de proyecto recae en ZKW. Conjuntamente con la Universidad Técnica de Viena y el Materials Center Leoben, el equipo de ZKW está investigando soldaduras que se restablecen a sí mismas y son especialmente resistentes a las cargas. Este material se pretende usar para uniones de LEDs de alto poder y otros semiconductores de alto rendimiento para la industria automotriz. ZKW desarrolla y fabrica estos módulos electrónicos –como por ejemplo dispositivos de control y módulos de iluminación– en su sede de Wiener Neustadt, la empresa ZKW Elektronik GmbH. “El proyecto Solaris nos ayuda a desarrollar nuevos productos adaptados a la medida de las necesidades de los clientes de la industria automotriz, y de esta manera, tanto a fabricar de manera ecológica como cuidando los recursos. Con esta técnica de unión más eficiente queremos optimizar la seguridad contra fallos de nuestros productos electrónicos”, explica Oliver Schubert, CEO del ZKW Group.

Material del futuro
En los vehículos modernos vienen integrados numerosos módulos electrónicos que proporcionan diferentes funciones de seguridad y confort, y que en el futuro también deberán hacer posible la conducción automática. Estos componentes tienen que soportar diferentes cargas, como grandes variaciones de temperatura y fuertes vibraciones. Uno de los puntos débiles es muchas veces la aleación de la soldadura que fija los módulos a la placa de circuito impreso. Las fisuras en la soldadura causan perturbaciones en la electrónica. El objetivo del proyecto Solaris (Solder and Reliability Improvements) es el de desarrollar un material de soldadura con propiedades de auto-restablecimiento. Esto puede alcanzarse mediante un fundido parcial de la soldadura a temperatura de servicio, con lo cual se cierran las fisuras que comienzan a formarse, y se pueden reducir las tensiones mecánicas. “Las aleaciones conocidas como no-eutécticas podrían ser la clave del éxito, gracias a sus características de auto-restablecimiento”, opina Schubert.

Crecientes requerimientos
Para la unión de los módulos electrónicos y las placas de circuitos impresos, actualmente se utiliza el proceso de soldadura suave con una soldadura de estaño-plata-cobre. Pero en el caso de los componentes de semiconductores, aumentan tanto la densidad de potencia como la temperatura de funcionamiento, y también la vida útil requerida. De acuerdo a la nueva norma GMW3172, se tienen que resistir ciclos en el rango de temperaturas de -40°C a +140°C. Las soldaduras tradicionales solamente resisten hasta un máximo de 120 grados Celsius de temperatura de servicio, mientras que los LEDs actuales de alto poder o los transistores de alto rendimiento soportan hasta 140 grados Celsius y más. Aquí, los materiales de soldadura suave sometidos a grandes cargas termo-mecánicas llegan a su límite. Los procesos de fluencia, la formación de poros y la formación de grietas conducen finalmente a que falle el módulo. Como solución, actualmente se utilizan sustratos de las placas de circuitos impresos caros o difíciles de procesar, y materiales de empaque exóticos.

Simulaciones para más seguridad
Adicionalmente, la empresa especialista en sistemas de iluminación también está investigando conjuntamente con sus socios utilizando simulaciones computarizadas, que deben hacer posible predecir la vida útil del nuevo material de soldadura. Aquí se realizan simulaciones de módulos de prueba y estos se producen para hacer ensayos, para someterlos a cargas bajo condiciones extremas, hasta que fallan. Con estos test se pueden verificar modelos, y se puede hacer una predicción de la vida útil que se espera. La Universidad Técnica de Viena no solamente aporta su apoyo con investigación básica, sino también con cálculos termodinámicos referentes a las aleaciones de soldadura. Además de ello, también pone a disposición equipos de laboratorio y de prueba, como por ejemplo un microscopio electrónico de escaneado con el equipamiento más moderno. A su vez, el Materials Center Leoben aporta su experiencia en modelado, simulación, pronósticos de vida útil y análisis de daños. Un punto clave es el análisis de componentes defectuosos por medio de procesos de tratamiento de imágenes, como la tomografía de rayos X. ZKW utiliza estos conocimientos, por ejemplo, para investigar componentes electrónicos destruidos, y establecer un pronóstico de la vida útil.

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