Moldeo por inyección a baja presión: Cómo resuelve 3 grandes problemas de la electrónica

Antes del descubrimiento del moldeo por inyección a baja presión (LPIM) en la década de 1970, se utilizaban diferentes métodos tradicionales de sellado hermético, encapsulado y revestimientos conformados para el encapsulado de componentes electrónicos. El principal problema de estas técnicas es que a veces el componente electrónico no se sella correctamente o las juntas se degradan con el tiempo, exponiendo los componentes electrónicos a la humedad y a posibles peligros.

También existía el riesgo de que se produjeran daños durante el proceso de sellado debido a las altas temperaturas o a daños mecánicos durante la aplicación del sellante. Los componentes como las placas de circuitos impresos suelen tener superficies irregulares o una geometría compleja, lo que dificulta lograr un sellado uniforme. Estos métodos tradicionales suelen requerir mucha mano de obra y tiempo, lo que eleva los costes de fabricación.

¿Qué es el moldeo por inyección a baja presión?

Como su nombre indica, los materiales termoplásticos se utilizan a baja presión (de 20 a 580 psi) y temperatura (de 356°F a 428°F) para encapsular piezas electrónicas delicadas. La baja presión lo hace seguro para componentes como conectores y placas de circuitos impresos (PCB), que las altas temperaturas y presiones pueden dañar fácilmente.

Los materiales termoplásticos como los policarbonatos y las poliamidas (nailon) se utilizan sobre todo por su mayor fluidez a presiones más bajas. Estos son los distintos tipos de materiales utilizados en el moldeo por inyección a baja presión y sus ventajas.

Diferentes factores determinarán la elección del material para su producto. Los más importantes son las propiedades que desea que tenga el producto y el entorno en el que se va a utilizar. Por ejemplo, si está creando un producto que se utilizaría en un hospital, la silicona de grado médico (con certificación ISO 10993) es la mejor opción por su gran resistencia a la temperatura y a los productos químicos y su biocompatibilidad.

Pasos del moldeo por inyección a baja presión

La idea principal de esta técnica es fundir el material plástico deseado y moldearlo alrededor del componente. Todo el proceso puede resumirse en cuatro pasos principales. Así, es más fácil decir que se trata de un proceso más racionalizado en comparación con métodos tradicionales como el encapsulado, con siete u ocho pasos. Las etapas que intervienen en los moldes de inyección a baja presión son las siguientes:

• Calentamiento del material de moldeo: El primer paso consiste en calentar el material termoplástico deseado.
• Colocación del componente: El componente que se va a encapsular se coloca en una mitad de la cavidad del molde y éste se cierra.
• Inyección de material de moldeo: El material de moldeo licuado se inyecta en la cavidad a baja presión.
• Refrigeración: Debido a la temperatura y presión reducidas, el moldeo por inyección a baja presión se cura más rápido

Cuadro comparativo técnico: LPIM frente a procesos tradicionales

La técnica LPIM de recubrimiento de materiales es más sencilla y eficaz que los métodos tradicionales. A diferencia de estos últimos, requiere una menor intervención humana, lo que hace posible el escalado sin errores humanos añadidos. Consigue una ocultación perfecta sin dañar los materiales delicados. A continuación se destacan algunas de las principales ventajas del uso de LPIM en la industria manufacturera.

#1. Mayor rentabilidad

El moldeo por inyección a baja presión utiliza menos material para lograr un encapsulado completo en comparación con los métodos tradicionales. Además, funciona a menor presión y temperatura, lo que se traduce en una menor factura energética. El tiempo de ciclo más rápido permite a los fabricantes aumentar su producción y cumplir los pedidos con mayor rapidez.

#2. Menor inversión en utillaje

Debido a los menores requisitos de temperatura y presión de este proceso, es más barato. moldes de aluminio pueden ser ideales en lugar de los moldes de acero, más caros, sobre todo para tiradas de producción más pequeñas. Esto reduce la inversión inicial y el tiempo de espera.

#3. Mejor protección de los componentes

LPIM protege mejor los componentes con geometrías complejas, como conectores, sensores y placas de circuitos, con mayor consistencia y mínimo riesgo de daños. El sellante penetra en zonas a las que los métodos tradicionales no llegan.

#4. Mejor estética y resistencia

El moldeo por inyección a baja presión consigue un acabado más limpio y pulido, que los consumidores encontrarán más atractivo en comparación con los métodos tradicionales. Además, los fabricantes pueden personalizar las propiedades de su producto alterando el material utilizado en el moldeo.

Análisis en profundidad de los tres principales puntos débiles en la fabricación de dispositivos electrónicos

Los dispositivos electrónicos son delicados. Su eficacia y utilidad pueden verse perjudicadas por elementos naturales como el polvo, los rayos UV y la humedad. Por lo tanto, los fabricantes de dispositivos electrónicos deben encontrar la manera de proteger sus productos de estos elementos naturales sin dañar la unidad. Encontrar el equilibrio ha sido un reto importante en la industria hasta el moldeo por inyección a baja presión.

Aunque los métodos tradicionales anteriores ofrecían cierto nivel de protección a los dispositivos electrónicos, como placas de circuitos impresos y conectores, solían enfrentarse a tres retos fundamentales: falta de precisión, alto índice de daños y elevado impacto en los costes y el medio ambiente. Los fabricantes que recurrían a métodos tradicionales solían ser denunciados por las autoridades medioambientales por dejar una huella sucia. Entonces, ¿cómo superaron los fabricantes los puntos débiles de los métodos tradicionales de encapsulado mediante moldeo por inyección a baja presión?

Pain Point 1: El dilema de la eficiencia del embalaje de componentes electrónicos de precisión

Los métodos tradicionales de recubrimiento serían más fáciles de utilizar si la electrónica tuviera un solo componente. Sin embargo, una placa de circuito impreso típica tiene distintos componentes con geometrías, tamaños y orientaciones variables, y ahí es donde las técnicas tradicionales de encapsulado tienen dificultades.

Con el revestimiento conformado y el encapsulado, es difícil conseguir la misma consistencia de sellado en toda la placa. En otras palabras, acabará obteniendo un producto en el que una zona puede tener una capa gruesa de material de sellado mientras que otra zona tendrá una capa fina. Este revestimiento imperfecto puede introducir huecos de aire o provocar una cobertura incompleta, lo que a su vez conduce a una protección incompleta del dispositivo electrónico.

Punto débil 2: Alto índice de daños en piezas/insertos de paredes finas

A diferencia del moldeo por inyección a baja presión, las técnicas tradicionales de encapsulado requieren mucha mano de obra, lo que puede provocar mayores daños en las piezas de paredes finas por errores humanos. Por ejemplo, como el proceso de curado de algunos compuestos de encapsulado implica reacciones químicas, pueden generar calor que puede dañar componentes sensibles o provocar fallos en las uniones soldadas.

Las piezas de pared delgada pueden sufrir daños debido a la contracción del material de encapsulado durante el proceso de curado. La contracción puede provocar tensiones en el componente debido a la inflexibilidad del material de encapsulado. Parte de este fallo puede deberse al agrietamiento o a la deslaminación del material de revestimiento. El agrietamiento puede producirse debido a la disparidad en el coeficiente de expansión inducida por el calor entre el material de revestimiento y el sustrato. Una vez que se forman las grietas, las piezas electrónicas se vuelven vulnerables al polvo y los fluidos.

Además, los sellantes tradicionales son difíciles de retirar, lo que dificulta su reparación si se produce algún daño en la pieza. Por lo tanto, hay que tener mucho cuidado al retirar las juntas para evitar daños mayores en las piezas.

Punto débil 3: Costes y riesgos elevados del cumplimiento de la normativa medioambiental

El desperdicio de material de los métodos tradicionales puede parecer pequeño al principio, comparado con la fabricación de un molde de inyección de aluminio a baja presión. Sin embargo, los costes acabarán sumándose cuando tenga que realizar con frecuencia nuevos pedidos de suministros. El encapsulado también requiere mucha mano de obra, lo que significa más trabajadores en nómina. El moldeo por inyección a baja presión compensa los mayores costes iniciales de utillaje al permitir a los fabricantes realizar ciclos más rápidos, reducir la mano de obra y disminuir el consumo de material.

Más allá del coste económico, el revestimiento tradicional suele utilizar productos químicos que pueden ser tóxicos para el medio ambiente. Por ejemplo, el encapsulado hace uso de isocianatos. La inhalación a corto plazo de este compuesto puede provocar irritación de ojos, nariz y garganta, sibilancias, tos y trastornos gastrointestinales como náuseas.

Directrices de aplicación técnica del moldeo por inyección a baja presión

Para una aplicación eficaz y coherente del moldeo por inyección a baja presión, los fabricantes deben seguir una serie de directrices. Estas directrices abarcan la selección de materiales, el diseño del molde, la configuración de la máquina de moldeo y el control del proceso. Cada uno de estos factores debe estudiarse a fondo, con el encapsulado perfecto de la pieza o inserto electrónico en el centro.

• Selección del material: El material elegido debe ser compatible con la pieza electrónica y tener las propiedades adecuadas (resistencia a la humedad y la temperatura, y compatibilidad química) para la aplicación prevista.
• Diseño del molde: Para que el flujo de material sea uniforme y evitar líneas de soldadura, la pared debe tener un grosor uniforme y la compuerta debe tener el tamaño y la ubicación adecuados. Deben evitarse las esquinas afiladas para reducir la concentración de tensiones, que podría provocar grietas. La ventilación debe ser adecuada para que el aire salga correctamente durante la inyección, a fin de evitar la formación de bolsas de aire, que darían lugar a productos defectuosos.
• Puesta a punto de la máquina de moldeo: La máquina de moldeo debe ajustarse a los parámetros óptimos para el moldeo por inyección a baja presión recomendados por el fabricante, incluidos la temperatura, la presión, la velocidad de inyección y el tiempo de enfriamiento.
• Control del proceso: Los parámetros clave de moldeo deben controlarse constantemente para garantizar la consistencia en la calidad de las piezas. Deben documentarse todas las especificaciones de materiales, parámetros, procedimientos y guías de resolución de problemas.

Tabla de selección de equipos

El moldeo por inyección a baja presión requiere equipos especializados optimizados para manipular el delicado inserto. El control de la temperatura y los sistemas de suministro de material son componentes críticos que pueden determinar el éxito del sistema de encapsulado de piezas electrónicas frágiles. La tabla siguiente le guiará en la selección del equipo.

Puntos clave del diseño de moldes

Al diseñar un molde, hay que prestar atención al núcleo, los ángulos de desmoldeo, la línea de apertura, el sistema de expulsión y los canales de refrigeración. La estrategia de diseño del molde comienza con el análisis del plano 2D/3D del inserto que contiene las dimensiones, la geometría y la tolerancia. El diseño del núcleo se modela a partir de la geometría de la pieza. Otras consideraciones críticas en el diseño del molde son

• Draft angles: Evitar que la pieza se pegue al molde, lo que podría provocar daños durante la expulsión.
• Línea de despedida: La ubicación debe pensarse cuidadosamente para minimizar la visibilidad que pueda afectar a la estética y la integridad estructural de la pieza.
• Sistema de eyección: Los pasadores de expulsión deben ser eficaces y minimizar cualquier daño potencial a la pieza moldeada
• Sistema de refrigeración: Deben colocarse estratégicamente dentro del molde para que el refrigerante circule correctamente y evitar marcas de hundimiento o alabeo.
• Diseño para la fabricación: El diseño del molde debe ser eficiente y relativamente fácil de producir.

Aplicación industrial del molde de inyección de baja presión

El moldeo por inyección a baja presión tiene una amplia aplicación industrial, por ejemplo en electrónica, automoción, dispositivos médicos y aeroespacial. Cuando se realiza correctamente, proporciona una excelente protección contra los productos químicos, el polvo y la humedad. En consecuencia, ayuda a prolongar la vida útil del componente sellado. A continuación se indican aplicaciones industriales prácticas de LPIM.

• Industria electrónica: Se utiliza para recubrir placas de circuitos, conectores y otros componentes delicados para protegerlos de la humedad, los impactos físicos y el polvo. También puede formar parte estructural del componente.
• Industria del automóvil: Se utiliza sobre todo para sobremoldear material sobre sustrato, en particular en el interior de vehículos, incluidos los protectores de puertas y los protectores de estanterías.
• Productos sanitarios: Los productos sanitarios deben esterilizarse con frecuencia utilizando productos químicos o calor. La parte sensible de los dispositivos suele encapsularse mediante moldeo por inyección a baja presión para garantizar que puedan esterilizarse sin perder su eficacia.
• Industria aeroespacial: El moldeo por inyección a baja presión se utiliza para sellar conexiones de cables como solución más duradera y permanente para las conexiones de cables.

El cambio al moldeo por inyección a baja presión ha ayudado a los fabricantes a evitar los escollos del encapsulado tradicional de piezas electrónicas y ha hecho que todo el proceso sea más rápido y sostenible. Las ventajas del moldeo por inyección a baja presión son enormes. Al conocer a fondo el proceso, los fabricantes pueden tomar la decisión correcta sobre el mejor material a utilizar para lograr el resultado deseado.