Aplicación 1: Espectrómetro infrarrojo en pruebas de materiales para el ensamblaje de productos electrónicos
Los materiales de ensamblaje de productos electrónicos se refieren a las materias primas o auxiliares utilizadas durante el proceso de fabricación, como cintas adhesivas o pegamento para unir, espuma para aislamiento, películas protectoras para salvaguardar o películas desmoldantes para laminación. El rendimiento de estos materiales influye directa o indirectamente en la calidad de los productos electrónicos. La espectroscopia infrarroja (IR) puede utilizarse para realizar análisis cualitativos de estos materiales.
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Figura 1 Adhesivo acrílico |
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Figura 2 Adhesivo de silicona |
Aplicación 2: Caracterización de la uniformidad del recubrimiento para adhesivos electrónicos
Dado que la mayoría de los adhesivos son incoloros y transparentes tras su aplicación, resulta difícil inspeccionar visualmente el efecto del recubrimiento. Por ello, en la práctica, se añade una cierta cantidad de agente fluorescente al adhesivo. La presencia y uniformidad del recubrimiento adhesivo se comprueban mediante el análisis de la fluorescencia del producto recubierto.
Mediante un espectrofotómetro de fluorescencia molecular, se analiza el espectro de emisión de fluorescencia del producto recubierto con adhesivo (recubrimiento adhesivo, recubrimiento conforme). Al analizar el espectro para identificar picos de fluorescencia característicos y comparar sus intensidades, se puede determinar si la muestra está recubierta con adhesivo o si el recubrimiento es uniforme. Este método es sencillo y proporciona resultados significativos.
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| Figura 3 Superposición de tres espectros de prueba repetidos |
Aplicación 3: Análisis cualitativo o semicuantitativo de plastificantes de ftalato en PVC y otros plásticos.
La Directiva de la UE (Restricción de Sustancias Peligrosas) establece que, a partir del 22 de julio de 2019, todos los productos eléctricos y electrónicos (excepto los equipos médicos y de monitorización) exportados a Europa deben cumplir con los límites máximos de plastificantes de ftalato. Entre estos, los ésteres de ftalato se utilizan ampliamente como plastificantes en productos electrónicos y eléctricos.
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| Figura 4 PVC que contiene una cantidad relativamente pequeña de ftalato |
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Figura 5 PVC que contiene una cantidad relativamente grande de ésteres de ftalato |
Aplicación 4: Identificación cualitativa de materiales de aislamiento eléctrico
El caucho de silicona, con sus excepcionales propiedades que incluyen resistencia a altas y bajas temperaturas, resistencia a la intemperie, resistencia al ozono, resistencia al efecto corona y un excelente rendimiento de aislamiento eléctrico, destaca como un material singularmente versátil entre los cauchos. Es particularmente adecuado para su uso como material aislante orgánico en las industrias eléctrica y energética. En los últimos años, el caucho de silicona se ha utilizado cada vez más en sistemas de aislamiento eléctrico.
Actualmente, la mayoría de los fabricantes de aisladores compuestos utilizan caucho de metilvinilsilicona con un alto contenido de hidróxido de aluminio como material aislante para exteriores. Además, se emplea como aislamiento exterior para pararrayos compuestos, disyuntores, transformadores, interruptores de alta tensión y otros componentes eléctricos.
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Figura 6. Cauchos de silicona: espectro del caucho crudo. |
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Figura 7 Cauchos de silicona: espectro de productos terminados |
Aplicación 5: Análisis cuantitativo del grado de curado de la tinta
Con la creciente adopción de dispositivos electrónicos, las pantallas de cristal líquido (LCD) se utilizan cada vez más, impulsando un rápido crecimiento en la industria de las LCD. Los adhesivos curables por UV, un material fundamental en la producción de LCD, ofrecen velocidades de curado rápidas, propiedades libres de disolventes y alta eficiencia de producción. Se utilizan principalmente para sellar y fijar pines metálicos, lo que los hace ampliamente aplicables en la industria de las placas de circuitos impresos. En los adhesivos curables por UV, los fotoiniciadores se descomponen rápidamente en radicales libres o cationes bajo la intensidad adecuada de luz ultravioleta (UV), lo que desencadena reacciones de polimerización de enlaces insaturados y da como resultado la solidificación del material.
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Figura 8 Resina epoxi - Curado térmico |
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Figura 9 Poliacrilato - Curado UV |
Aplicación 6: Caracterización de las propiedades ópticas de materiales semiconductores (transmisión, reflexión)
Los materiales semiconductores se encuentran entre los materiales fundamentales más importantes de la industria electrónica. Con el rápido avance de las tecnologías láser e infrarrojas, las excepcionales propiedades ópticas de los materiales semiconductores en el espectro infrarrojo han captado cada vez más atención. Hoy en día, materiales que van desde semiconductores elementales como el germanio (Ge) y el silicio (Si) hasta semiconductores compuestos como el arseniuro de galio (GaAs) y el seleniuro de zinc (ZnSe) se utilizan ampliamente en aplicaciones ópticas infrarrojas. Estos materiales son componentes esenciales en sistemas infrarrojos de visión frontal (FLIR), ventanas láser, cúpulas de misiles y otros sistemas ópticos infrarrojos.
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Figura 10. Espectro de transmisión de una oblea de silicio. |
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Figura 11. Espectro de transmisión del seleniuro de zinc (ZnSe). |
Aplicación 7: Identificación de materiales para componentes electrónicos y eléctricos.
Los sustratos o carcasas de los productos electrónicos se fabrican habitualmente con plásticos de ingeniería. Estos materiales se formulan con aditivos específicos, como agentes de refuerzo, retardantes de llama y compuestos antienvejecimiento, para cumplir con diversos requisitos medioambientales. La composición y proporción de estos componentes determinan de forma crucial el rendimiento y la vida útil de las piezas electrónicas finales. La espectroscopia infrarroja resulta una herramienta eficaz para el análisis cualitativo de la composición de estos materiales.
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Figura 12 Resina epoxi |
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Figura 13 Sulfuro de polifenileno (PPS) |
Aplicación 8: Ensayo de materiales de embalaje de productos electrónicos
Los productos electrónicos son bienes de alta tecnología. Gracias a los continuos avances tecnológicos, los componentes electrónicos han evolucionado hasta convertirse en circuitos integrados de ultra gran escala, cada vez más sofisticados y complejos. En consecuencia, sus requisitos en cuanto a las condiciones ambientales externas se han vuelto más estrictos. Como medio de protección y almacenamiento durante la circulación y el almacenamiento, la función principal del embalaje es salvaguardar los productos electrónicos. Solo mediante un diseño estructural racional y un embalaje de alta calidad se pueden proteger los productos electrónicos de la humedad y los golpes mecánicos durante el transporte y el almacenamiento, preservando así su apariencia y funcionalidad. Los materiales de embalaje son la base de los productos de embalaje. La idoneidad de su selección influye directamente tanto en la seguridad de los productos electrónicos como en los costes económicos. Por lo tanto, seleccionar los materiales de embalaje adecuados es de vital importancia.
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Figura 14. Espectro de prueba ATR de la muestra de PET. |
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Figura 15. Espectro de prueba ATR de una muestra de PVC. |
Aplicación 9: Análisis de defectos en productos electrónicos (análisis de materia extraña)
Durante el proceso de fabricación de productos electrónicos, pueden producirse defectos. La identificación y clasificación cualitativa de estos defectos puede contribuir a mejorar los procesos de producción y la calidad del producto. Sin embargo, estos defectos suelen ser de tamaño micrométrico y no pueden detectarse mediante métodos analíticos convencionales. Mediante el uso de un espectrómetro infrarrojo equipado con un microscopio infrarrojo, estos defectos minúsculos pueden analizarse eficazmente.
Un microscopio infrarrojo es un sistema que combina un espectrómetro infrarrojo con un microscopio óptico. Consta principalmente de una unidad principal de infrarrojos, un sistema de microscopio infrarrojo y una computadora. Debido a su precisión, el microscopio infrarrojo funciona principalmente según el principio de interferencia, y entre sus componentes clave se incluyen un interferómetro de Michelson, un sistema óptico de microscopio y un detector.
La muestra se coloca en la platina del microscopio infrarrojo. El espectrómetro genera un haz que se dirige y enfoca sobre la muestra, permitiendo el enfoque vertical del recorrido óptico. Ajustando los ejes X e Y de la platina y la apertura, se puede enfocar con precisión la muestra específica y diferentes microáreas dentro de ella.
The infrared microscope detector measures the spectral reflectance of the particle beam, enabling molecular-level scanning of points, lines, and areas on the sample. This allows for the rapid and automated acquisition of numerous infrared spectra, with the coordinates of each measurement point and its corresponding infrared spectrum simultaneously stored in the computer. Through compositional image analysis, spatially resolved infrared spectra and compositional images of specific micro-areas can be obtained. This facilitates the analysis of the component and structural characteristics of the sample across various scanned micro-areas, thereby characterizing the sample's structure, spatial distribution of functional groups, and their variations.
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Figure 16 Conventional ATR Method |
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Figure 17 Micro-ATR Method |
Taking foreign matter on a laptop LED screen as an example, conventional single-reflection ATR accessories have limitations: shallow penetration depth, strong high-frequency absorption, weak low-frequency absorption, and inability to detect very small samples. In contrast, using the micro-ATR mode of an infrared microscope enables localized signal collection with deeper penetration depth and saturated signals in the corresponding spectral regions, allowing for the detection of samples smaller than 200 μm.