Papieren circuit:een flexibel, esthetisch elektrisch circuit voor artistieke projecten

De traditionele methode voor het maken van compacte circuits maakt gebruik van printplaten, maar deze stijve glasvezelstukken zijn niet altijd praktisch. Bij het werken aan artistieke projecten zoals wenskaarten, schilderijen of tekeningen, heb je een flexibele structuur nodig om de circuits vast te houden. Je denkt misschien aan het gebruik van een flex-PCB, maar deze zijn complexer om te bouwen in vergelijking met de papieren circuits, waardoor ze duurder zijn. Dit laatste is dus voordeliger en we hebben het hieronder in detail bekeken.

Wat is een Paper Circuit?

Zoals de naam al doet vermoeden, is een papieren circuit een functionerend elektronisch circuit gebouwd op een stuk papier. Het item is uniek omdat het esthetiek en functionaliteit combineert om een ​​papieren circuitproject te creëren met behulp van traditionele fine art-technieken.

Een papieren circuit met een knoopbatterij

Bron:Wikimedia Commons

Hoe maak je een papieren circuit?

Het maken van een papieren circuit vereist deze vier stappen.

Sporen creëren

Sporen zijn de paden of lijnen bestaande uit koper voor het verbinden van elektronische componenten om het elektrische circuit te vormen. Papieren circuitprojecten gebruiken tape, verf of inkt om de sporen te creëren.

Geleidende koperen tape-sporen

Geleidende tape is een van de meest toegankelijke opties bij het ontwikkelen van een papieren circuit. Het maakt ook solderen mogelijk, wat onmogelijk is met inkt of verf.

Geleidend koper gebruikt in een papieren circuit

Bron:Wikimedia Commons

Koperfolietape is het meest gebruikte type vanwege de lage kosten. Je kunt het in verschillende maten krijgen, variërend van zo dun als 5 mm tot zo dik als 2 inch.

Aan de andere kant bestaat textieltape uit koper, kobalt en nikkel, en het belangrijkste voordeel is dat het bestand is tegen buigen/buigen zonder te breken.

Geleidende textieltape

• Pel en plak de tape door hem op het papier te drukken waar je hem wilt hebben
• Laat ruimte vrij in de tape zodat de componenten kunnen zitten (vermijd het gebruik van continue tape tussen circuitcomponenten)
• Gebruik nette vouwtechnieken om hoeken of knip en soldeer de tape
• Bij gebruik van koperfolietape, soldeer of breng doorzichtige tape aan op de gebogen draden om het spoor vast te houden
• Breng voor textieltape geleidende lijm aan of naai de verbinding met een geleidend draadmateriaal

Geleidende verfsporen

Net als bij gewoon schilderen, helpen geleidende verven bij het bouwen van artistieke papieren circuitprojecten. De meeste mensen gebruiken een knijpfles of borstel om de sporen te tekenen terwijl ze ze buigen en ronddraaien om de elektrische componenten met elkaar te verbinden. Ongeacht de tape, moet u deze als volgt aanbrengen:

Geleidende verf gebruikt op een muur

Bron:Flickr

Een ander voordeel van het gebruik van verf is dat het geleidende materiaal de elektrische componenten op het spoor kan lijmen. Schilderen kan echter rommelig worden en heeft veel droogtijd nodig. Voor het aanbrengen van de verf zijn de volgende instructies vereist:

• Schets eerst de traceerlijnen met een stift of potlood
• Gebruik lijm om de onderdelen op het papier te plakken
• Gebruik voor kleine onderdelen een pincet voor nauwkeurige plaatsing
• Breng verf aan langs de sporen en over de pads/draden
• Laat de verf drogen voordat je gaat testen

Geleidende inktsporen

Geleidende inktsporen komen meestal als voorgevulde elektrische verfpennen om de tekening te vereenvoudigen. Hoewel de inkt een kortere droogtijd nodig heeft, is het fixeren van onderdelen ingewikkelder.

Circuit voor geleidende inktpapier

De meest voorkomende pennen zijn circuitschrijver en AgIC-circuitmaker. Gebruik deze instructies voor toepassing:

• Gebruik een potlood/stencil om het circuit te schetsen.
• Als je een computer gebruikt om het circuit te ontwerpen, laat dan vulcontouren in plaats van lijnen, omdat de inkt niet goed hecht op printertoner.
• Trek de lijnen zorgvuldig over met de elektrische verfpen.
• Maak grote blokken/cirkels voor componenten en doorlopende lijnen tussen de elektronische componenten.
• Gebruik geleidende lijm, circuitstickers of tape om de elektronische componenten op de inktsporen te bevestigen.

Componenten kiezen

Nadat u de sporen hebt gemaakt, is de volgende stap het kiezen van de benodigde componenten in uw circuit, en deze selectie hangt af van het type spoor.

Through-hole-componenten

Componenten met lange kabels zoals LED-verlichting, weerstanden, diodes, etc. vallen in deze categorie.

Verschillende doorlopende componenten op een printplaat

Bron:Wikimedia Commons

U kunt de draden buigen om meer oppervlakte te creëren om aan de sporen te bevestigen bij gebruik van:

• Stofband
• Koperen tape
• Elektrische verf

Surface-mounted-componenten

Werken met SMD-componenten is lastig, maar hun onopvallende structuur maakt ze ideaal om plat op een papieren oppervlak te zitten op schattige kaarten en andere papieren circuitprojecten.

Opbouwcomponenten op een PCB

Bron:Wikimedia Commons

U kunt deze onderdelen gebruiken op:

• Geleidende verf
• Koperen tape
• Geleidende inkt

LilyPad-componenten

Lilypad-componenten zijn perfect voor papieren circuits vanwege hun onopvallende ontwerp met grote pads.

Een lilypad-component

Bron:Wikimedia Commons

Je kunt ze gebruiken met:

• Stofband
• Koperen tape

Chibitronics-circuitstickers

Deze stickers zijn voorzien van geleidende lijm, waardoor ze perfect zijn om op een stuk papier te plakken.

Chibitronics-circuitstickers

Bron:Flickr

Hoewel ze behoorlijk duur zijn, kun je geleidende verf, kopertape of stickers van textieltape gebruiken.

Circuit Scribe-modules

Circuit scribe-modules zijn magnetisch en hebben een metalen plaat achter het papieroppervlak nodig om de sporen en modules tijdelijk met elkaar te verbinden.

Verbindingen maken

Na het maken van de traces en het picken van componenten, is de volgende stap om ze te verbinden. Er zijn vijf manieren om dit te doen. Je kunt:

Soldeer

Werkt alleen op kopertape waarop u circuitstickers, THT-, SMD- en LilyPad-componenten kunt solderen.

Clear tape

U kunt doorzichtige tape gebruiken om THT- of SMD-componenten op de kopertape te bevestigen.

Z-as-tape

Z-astape is een drukgevoelige, dubbelzijdige tape die ideaal is voor gebruik met componenten met een groot verbindingsoppervlak, kopertape en geleidende inkt in brede gebieden.

Geleidende verf

Geleidende verven creëren koude soldeerverbindingen die opdrogen om componenten te bevestigen. Je kunt ze gebruiken met THT- en SMD-componenten op niet-flexibele oppervlakken.

Geleidende lijm/epoxy

Deze optie is duur, heeft een langere droogtijd nodig en voor sommige lijmen is warmteharding vereist. Maar het werkt met bijna alle componenten en sporen. Deze omvatten:

• Geleidende inkt
• Koperen tape
• THT-, SMD- en LilyPad-componenten

Uw project kracht bijzetten

De laatste stap is om uw project van stroom te voorzien met behulp van een knoopcelbatterij. Het lastige is om de batterij aan het circuit te bevestigen, waardoor een batterijhouder ontstaat. Als alternatief kunt u een batterijhoudermodule of een batterij met tabbladen gebruiken.

Een houder voor een knoopcelbatterij

Bron:Wikimedia Commons

Vooruitgang in onderzoek naar papieren printplaten

Het veld van papieren printplaten is niet gestagneerd. Onderzoek heeft in de loop der jaren geleid tot de opkomst van transparant cellulose nanopapier en functioneert op dezelfde manier als een flex PCB-substraat.

Nanopapier ontstond na het ontstaan ​​van het plasma-metallisatieproces. Dit proces zet documenten om in soldeerbare printplaten en maakt het mogelijk om geheugen op papier af te drukken door componenten op het cellulosesubstraat te bevestigen.

Papierkenmerken van papieren printplaten

Papier is poreus en kan tot problemen leiden wanneer de geleidende inkt er doorheen slokt en gesegmenteerd raakt. Er is ook de kwestie van sinterprocessen, die papier destabiliseren.

Deze werden echter allemaal non-issues nadat een onderzoeksteam fysieke dampafzetting in alle fabricagestappen had toegepast.

Fysieke dampafzetting (PVD)

PVD zet materialen om van een gecondenseerde naar een dampfase en vice versa, waardoor een dunne, gecondenseerde film op atomair niveau ontstaat.

Het proces maakt gebruik van gasvormig plasma of een vacuüm op hoge temperatuur voor de conversie. Vervolgens gebruikt het de drukverschillen om de damp van de lagedrukbron naar het papier te verplaatsen. De laatste stap is om de damp op het papier te laten condenseren om de dunne filmcoating te vormen.

Het fysieke dampafzettingsproces

Bron:Wikimedia Commons

De dunne filmlaag is meestal een vast geleidend materiaal, zoals aluminiumoxide, om stabiele en reproduceerbare geheugenapparaten met uitstekende elektrische eigenschappen te creëren.

Plasma-metallisatie

Plasmametalisering levert ook veelbelovende resultaten op, omdat het papier hierdoor als PCB kan functioneren. Het maakt gebruik van een plasmasproeikop om een ​​hogedrukspuit met geleidend metaal in poedervorm te leveren aan een met zilverpasta gecoat basismateriaal.

Nadat het metaal het basismateriaal bedekt, smelt een hete plasmastraal het om de twee lagen te combineren om een ​​sterk geleidend substraat te creëren.

Papieren PCB kan in de toekomst leiden tot nieuwe toepassingen

Zelfs met deze vooruitgang in papieren circuits, is er nog steeds onderzoek gaande om deze technologie te verbeteren en te ontwikkelen voor grootschalige productie.

Denk aan de mogelijkheden. Afbeelding met opvouwbare, trimbare 3D-papiercircuits voor medisch of militair gebruik. Hetzelfde geldt voor industrieel gebruik met biologisch afbreekbare PCB's.

Het is duidelijk dat het gebied van papieren PCB's veelbelovend is, en verder onderzoek zal het alleen maar beter maken. Als u meer wilt weten over deze technologie, neem dan contact met ons op voor inzichten van ons team van experts.