Todo sobre las placas de circuitos de papel | PCBA

Investigación avanzada sobre PCB de papel

Los investigadores han estado realizando investigaciones avanzadas sobre los PCB del papel durante los últimos años. Sus esfuerzos han culminado en la producción de un nanopapel de celulosa transparente que puede funcionar adecuadamente como sustrato flexible de PCB. Con un proceso de metalización por plasma lograron transformar papel en tableros soldables. Los investigadores han utilizado adecuadamente tecnologías basadas en papel para imprimir dispositivos de memoria sobre un sustrato de papel de envolver, permitiendo la impresión de componentes electrónicos sobre compuestos hechos de celulosa.

PCB ecológicos

Todo lo anterior permite vislumbrar el futuro diseño de placas de circuito impreso para equipos electrónicos. Al ser flexibles y livianas, las placas de circuitos de papel son capaces de generar inteligencia impresa. Además, con los PCB de papel, los equipos de diseño ahora pueden garantizar el uso de los principios DfE o Diseño para el Medio Ambiente para equipos electrónicos de un solo uso.

Al diseñar equipos electrónicos de un solo uso, los diseñadores deben considerar su efecto en el medio ambiente y la salud humana, según lo especificado por los principios del DfE. Transformar los principios del concepto a la realidad requiere una evaluación exhaustiva de los productos químicos que utiliza el producto y su efecto en el medio ambiente a medida que el producto llega al final de su vida útil. El uso de los principios de DfE permite a las empresas seguir tecnologías y prácticas que dañan al medio ambiente al mínimo. Según la investigación, la fabricación de PCB multicapa a base de papel tiene un impacto sustancial en el medio ambiente en un grado mucho menor que la fabricación de PCB convencionales. La evaluación del ciclo de vida de los PCB del papel establece que su uso conduce a mejoras sustanciales en la reducción o eliminación de la liberación de sustancias químicas tóxicas que aumentan el calentamiento global, agotan la capa de ozono y dañan la vida en general.

Luchar contra los residuos electrónicos

Normalmente, la industria electrónica tiene un gran problema de residuos, a menudo en relación con los residuos electrónicos. Sin embargo, como sugiere un estudio reciente, las placas de circuito impreso hechas de papel pueden ser una forma de combatir la distopía tóxica de los desechos electrónicos. El potencial de los productos electrónicos desechables que utilizan papel, como las placas de circuitos impresos en papel, muestra que los PCB de papel de un solo uso son el futuro de la industria electrónica.

En lugar de fabricar PCB a partir de una mezcla perjudicial para el medio ambiente de resinas, fibras de vidrio y cableado metálico, los fabricantes los fabrican a partir de sustratos de papel biodegradables y tinta conductora.

El proceso de creación de PCB de papel es relativamente sencillo. Los pasos utilizan la impresión de papel encerado, la infusión de tinta metálica, la serigrafía de elementos funcionales, la perforación láser de agujeros y vías y la adición de trazas conductoras. La tinta metálica suele utilizar una combinación de fórmulas conductoras y semiconductoras y es capaz de formar transistores, condensadores y resistencias. Todos los componentes y cables impresos en una PCB de papel son tan flexibles como la propia placa.

Características de las placas de circuito de papel

Al principio, los PCB de papel tenían varios problemas. Las características del papel utilizado para los tableros hicieron que las tintas conductoras penetraran en los poros del sustrato, convirtiéndolo en segmentos. Técnicas de fabricación como la sinterización interfirieron con la estabilidad del sustrato.

Sin embargo, las últimas investigaciones han cambiado adecuadamente las características del papel para hacerlo adecuado para su uso como sustrato de PCB. Los investigadores cambiaron las características aplicando una técnica de deposición física de vapor durante la fabricación mientras apilaban estructuras eléctricamente conductoras dentro del papel sin causar daños al sustrato.

Deposición física de vapor

Con PVD o deposición física de vapor, los investigadores pudieron transformar material en fase condensada en fase de vapor y posteriormente en una fase condensada de película delgada a su nivel atómico. Normalmente, el proceso transforma el material en vapor mediante plasma gaseoso o vacío de alta temperatura. Luego, el proceso PVD induce una diferencia de presión para permitir el transporte del vapor de baja presión al sustrato. Finalmente, el vapor se condensa sobre el sustrato para formar una capa de película delgada.

Los investigadores utilizaron el proceso PVD anterior para cubrir la superficie de un sustrato de papel con un material conductor sólido. Utilizaron muchos tipos de materiales conductores para construir la pila de dispositivos de memoria. Pudieron recubrir el sustrato con una película conductora como óxido de aluminio, produciendo dispositivos de memoria que exhibieron excelentes características eléctricas, estabilidad y reproducibilidad.

El uso de sustratos de papel no sólo ayuda a los diseñadores a cumplir los principios del Diseño para el Medio Ambiente, sino que también ofrece un sustrato con una naturaleza muy flexible que se degrada mínimamente.

Metalización por plasma

Los investigadores también están utilizando otro proceso con resultados prometedores. Este es el proceso de metalización por plasma que permite que el papel funcione como una placa de circuito impreso. Con la metalización por plasma, los investigadores utilizaron cabezales rociadores de plasma para rociar metal conductor en polvo a alta presión sobre un material base ya recubierto con pasta de plata. Los chorros de plasma caliente funden el metal conductor para permitirle combinarse con la base de plata, formando un sustrato altamente conductor.

Los primeros experimentos con metalización por plasma permitieron circuitos impresos flexibles ser producido en cantidades limitadas. Los sustratos de papel recubiertos con un metal liviano cuestan menos que los sustratos hechos de poliimida estándar y, al mismo tiempo, exhiben una capacidad de carga y resistencia excepcionales. El uso de un material base flexible permite una mayor creatividad a los diseñadores, ya que estos investigadores están mostrando la técnica de metalización por plasma para la producción de dispositivos como carteles y postales electrónicos.

Aplicaciones futuras

Los investigadores continúan trabajando en la tecnología de PCB de papel, especialmente en su uso para la producción a gran escala. Las posibilidades son infinitas, por ejemplo, tableros que puedes doblar fácilmente, recortar con tijeras o incluso formar estructuras tridimensionales con aplicaciones militares y/o médicas.

Todo tipo de industrias pueden beneficiarse de estas placas de circuito impreso livianas y biodegradables. Los fabricantes pueden fabricar fácilmente dispositivos electromecánicos de tamaño micro, como etiquetas RFID impresas con chorro de tinta, sensores impresos con tintas conductoras, guías de ondas impresas integradas y otros componentes electrónicos impresos o integrados.

Conclusión

JH PCBA prevé que es posible que los PCB de papel aún no sean adecuados para placas base de ordenadores o tarjetas gráficas. Más bien, estas placas desechables serán útiles para redes de sensores inalámbricos y IoDT o Internet de las cosas desechables. En la actualidad, la industria utiliza estos dispositivos para evaluar la salud humana, monitorear las condiciones ambientales, rastrear envíos en logística, monitorear sistemas de alimentos y comestibles, vigilancia en el ejercitoy en los sistemas de entrega. Además, como los PCB de papel son susceptibles a la humedad, lo que afecta su uso activo y su vida útil, necesitarán cuidados adicionales de embalaje durante el envío. Si bien los equipos electrónicos tradicionales ya son susceptibles a sufrir daños por agua, esto podría resultar desastrosamente complicado para los PCB de papel.

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