Papieren Circuit: Flexibele, Esthetische Elektronica voor Artistieke Projecten

De traditionele methode om compacte circuits te maken gebruikt printplaten, maar deze starre fiberglas stukken zijn niet altijd praktisch. Bij het werken aan artistieke projecten zoals groetjeskaarten, schilderijen, of tekeningen, heb je een flexibele structuur nodig om de circuits te houden. Je denkt misschien aan een flex PCB te gebruiken, maar deze zijn complexer om te bouwen vergeleken met de papieren circuits, wat ze duurder maakt. Dus is de laatste meer voordelig, en we hebben het in detail hieronder bekeken.

Wat is een Papieren Circuit?

Zoals de naam suggereert, 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 circuit project te creëren met behulp van traditionele beeldende kunst technieken.

Een papieren circuit met een muntcelbatterij

Bron: Wikimedia Commons

Hoe Een Papieren Circuit Te Maken?

Het maken van een papieren circuit vereist deze vier stappen.

Sporen Maken

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

Conductieve Koperen Tape Sporen

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

Conductieve koper gebruikt in een papieren circuit

Bron: Wikimedia Commons

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

Aan de andere kant, bestaat stof tape uit koper, kobalt, en nikkel, en het hoofddoordeel is de vermogen om buigen/knikken zonder te breken te weerstaan.

Conductieve textiel tape

• Afpellen en plakken door het op het papier te drukken waar je het wilt hebben
• Laat ruimtes in de tape voor de componenten om te zitten (vermijd continu tape tussen circuitcomponenten te gebruiken)
• Gebruik nette vouwtechnieken om hoeken of knip en soldeer de tape
• Bij gebruik van koperfolie tape, soldeer of pas heldere tape op de gebogen leads toe voor vasthouden aan de spoor
• Voor stof tape, pas conductieve lijm of naad de verbinding met een conductief draadmateriaal

Conductieve Verf Sporen

Net als gewoon schilderen, helpen conductieve verven om artistieke papieren circuit projecten te bouwen. Meeste mensen gebruiken een kwetsfles of penseel om de sporen te tekenen terwijl ze ze buigen en zwieren om de elektrische componenten te koppelen. Ongeacht de tape, moet je het als volgt toepassen:

Conductieve verf gebruikt op een muur

Bron: Flickr

Een ander voordeel van het gebruik van verf is dat het conductieve materiaal de elektrische componenten kan lijmen aan de spoor. Echter, schilderen kan rommelig worden en heeft veel droogtijd nodig. Het aanbrengen van de verf vereist de volgende instructies:

• Schets de spoorlijnen eerst met een marker of potlood
• Gebruik lijm om de componenten aan het papier te plakken
• Voor kleine onderdelen, gebruik pincetten voor nauwkeurige plaatsing
• Breng verf aan langs de sporen en over de pads/draden
• Laat de verf drogen voordat je test

Conductieve Inkt Sporen

Conductieve inkt sporen komen meestal als voorgevulde elektrische verf pennen om het tekenen te vereenvoudigen. Hoewel de inkt een kortere periode nodig heeft om te drogen, is het fixeren van componenten gecompliceerder.

Conductieve inkt papieren circuit

De meest voorkomende pennen zijn circuit scribe en AgIC circuit maker. Voor toepassing, gebruik deze instructies:

• Gebruik een potlood/schabloon om het circuit te schetsen.
• Als je een computer gebruikt om het circuit te ontwerpen, laat vullijnen in plaats van lijnen achter omdat de inkt niet goed plakt op printer toner.
• Volg de lijnen zorgvuldig met de elektrische verf pen.
• Maak grote pads/cirkels voor componenten en continue lijnen tussen de elektronische componenten.
• Gebruik conductieve lijm, circuit stickers, of tape om de elektronische componenten aan de inkt sporen te fixeren.

Componenten Kiezen

Na het creëren van de sporen, is de volgende stap het kiezen van de benodigde componenten in je circuit, en deze selectie hangt af van het type spoor.

Doorboorgaten Componenten

Componenten met lange leads zoals LED lichten, weerstanden, diodes, enz., vallen in deze categorie.

Verschillende doorboorgaten componenten op een printplaat

Bron: Wikimedia Commons

Je kunt de leads buigen om meer oppervlakte te creëren om aan de sporen te bevestigen bij gebruik van:

• Stof tape
• Koper tape
• Elektrische verf

Oppervlakte Gemonteerde Componenten

Werken met SMD componenten is lastig, maar hun laag-profiel structuur maakt ze ideaal om plat te zitten op een papieroppervlak op schattige kaarten en andere papieren circuit projecten.

Oppervlakte-mount componenten op een PCB

Bron: Wikimedia Commons

Je kunt deze onderdelen gebruiken op:

• Conductieve verf
• Koper tape
• Conductieve inkt

LilyPad Componenten

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

Een lilypad component

Bron: Wikimedia Commons

Je kunt ze gebruiken met:

• Stof tape
• Koper tape

Chibitronics Circuit Stickers

Deze stickers hebben conductieve lijm, wat ze perfect maakt om op een stuk papier te plakken.

Chibitronics circuit stickers

Bron: Flickr

Hoewel ze tamelijk duur zijn, kun je conductieve verf, koper tape, of stof tape stickers gebruiken.

Circuit Scribe Modules

Circuit scribe modules zijn magnetisch en hebben een metaalplaat achter het papieroppervlak nodig om de sporen en modules tijdelijk te verbinden.

Verbinden Maken

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

Solderen

Werkt alleen op koper tape waarop je circuit stickers, THT, SMD, en LilyPad componenten kunt solderen.

Heldere Tape

Je kunt heldere tape gebruiken om THT of SMD componenten aan de koper tape te bevestigen.

Z-As Tape

Z-as tape is een drukgevoelige, dubbelzijdige tape die ideaal is om te gebruiken met componenten die grote oppervlakken hebben voor verbinding, koper tape, en conductieve inkt in brede gebieden.

Conductieve Verf

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

Conductieve Lijm/Epoxy

Deze optie is duur, heeft een lange droogtijd nodig, en sommige lijmen vereisen warmte-instelling. Maar het werkt met bijna alle componenten en sporen. Deze omvatten:

• Conductieve inkt
• Koper tape
• THT, SMD, & LilyPad componenten

Je Project Voeden

De laatste stap is je project te voeden met een muntcelbatterij. Het lastige deel is de batterij aan het circuit te bevestigen, een batterijhouder creërend. Als alternatief kun je een batterijhouder module of een getabde batterij gebruiken.

Een muntcelbatterij houder

Bron: Wikimedia Commons

Voortgang in Papieren Printplaat Onderzoek

Het veld van papieren printplaten is niet stilgestaan. Over de jaren heeft onderzoek geleid tot het opduiken van transparante cellulose nanofolie en functioneert vergelijkbaar met een flex PCB substraat.

Nanopapier kwam tot stand na de creatie van het plasma metallisatieproces. Dit proces converteert document in soldeerbare printplaten en stelt het printen van geheugen op papier in door componenten op het cellulose substraat te bevestigen.

Papieren Kenmerken van Papieren Printplaten

Papier is poreus en kan problemen leiden wanneer de conductieve inkt doorzijpt en gesegmenteerd wordt. Er is ook het kwestie van sinteringsprocessen, wat papier destabiliseert.

Echter, al deze werden non-issues nadat een onderzoekteam fysieke dampdepositie toepaste in alle fabricatiestappen.

Fysieke Dampdepositie (PVD)

PVD converteert materialen van een gecondenseerde naar dampfase en vice versa, creërend een dunne, gecondenseerde film op atomair niveau.

Het proces gebruikt ofwel gasvormig plasma of een hoge-temperatuur vacuüm voor de conversie. Het gebruikt dan de drukverschillen om de damp van de lage-druk bron naar het papier te verplaatsen. De laatste stap is om de damp te laten condenseren op het papier om de dunne film coating te vormen.

Het fysieke dampdepositie proces

Bron: Wikimedia Commons

De dunne film coating is meestal een vast conductief materiaal, zoals aluminiumoxide, om stabiele en reproduceerbare geheugendevices te creëren met uitstekende elektrische eigenschappen.

Plasma Metallisatie

Plasma metallisatie levert ook veelbelovende resultaten omdat het het papier in staat stelt om te functioneren als een PCB. Het gebruikt een plasma spuitkop om een hoge-druk spuit te leveren met poederachtig conductief metaal naar een zilverbekleed basismateriaal.

Na het metaal het basismateriaal bedekt, smelt een hete plasma straal het om de twee lagen te combineren om een hoogst conductief substraat te creëren.

Papieren PCB Kan Leiden Tot Nieuwe Toepassingen In De Toekomst

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

Denk aan de mogelijkheden. Beeld je vouwbare, knipbare, 3D papieren circuits voor medisch of militair gebruik. Hetzelfde geldt voor industriële toepassing met biologisch afbreekbare PCBs.

Duidelijk toont het veld van papieren PCBs grote belofte, en verder onderzoek zal het alleen beter maken. Als je meer wilt leren over deze technologie, neem contact met ons op om inzichten te krijgen van ons team van experts.