Tout sur les circuits imprimés en papier | JH PCBA

Recherche avancée sur les PCB papier

Les chercheurs mènent des recherches avancées sur les PCB en papier depuis plusieurs années. Leurs efforts ont abouti à la production d’un nano-papier de cellulose transparent pouvant fonctionner de manière appropriée comme un substrat flexible pour PCB. Grâce à un procédé de métallisation au plasma, ils ont pu transformer le papier en panneaux soudables. Les chercheurs ont utilisé de manière appropriée des technologies basées sur le papier pour imprimer des dispositifs de mémoire sur un substrat de papier d'emballage, permettant ainsi l'impression de composants électroniques sur des composites à base de cellulose.

PCB respectueux de l'environnement

Tout ce qui précède donne un aperçu de la conception future des cartes de circuits imprimés pour les équipements électroniques. Étant flexibles et légers, les circuits imprimés en papier sont capables d’imprimer de l’intelligence. De plus, grâce aux PCB papier, les équipes de conception peuvent désormais garantir l'utilisation des principes DfE ou Design for Environment pour les équipements électroniques à usage unique.

Lors de la conception d’équipements électroniques à usage unique, les concepteurs doivent tenir compte de leurs effets sur l’environnement et sur la santé humaine, comme le précisent les principes du DfE. Transformer les principes du concept en réalité nécessite une évaluation approfondie des produits chimiques utilisés par le produit et de leurs effets sur l'environnement à mesure que le produit atteint sa fin de vie. L’utilisation des principes DfE permet aux entreprises de suivre au minimum les technologies et les pratiques qui nuisent à l’environnement. Selon les recherches, la fabrication de PCB multicouches à base de papier a un impact sur l'environnement nettement inférieur à celui de la fabrication de PCB conventionnels. L'évaluation du cycle de vie des PCB en papier établit le fait que leur utilisation conduit à des améliorations substantielles dans la réduction ou l'élimination des rejets de produits chimiques toxiques qui augmentent le réchauffement climatique, appauvrissent la couche d'ozone et nuisent à la vie en général.

Lutte contre les déchets électroniques

En règle générale, l’industrie électronique est confrontée à un gros problème de déchets, souvent en référence aux déchets électroniques. Cependant, comme le suggère une étude récente, les circuits imprimés en papier pourraient être un moyen de lutter contre la dystopie toxique des déchets électroniques. Le potentiel des produits électroniques jetables utilisant du papier, comme les circuits imprimés en papier, montre que les PCB en papier à usage unique sont l’avenir de l’industrie électronique.

Plutôt que de fabriquer des PCB à partir d'un mélange nocif pour l'environnement de résines, de fibres de verre et de câbles métalliques, les fabricants les fabriquent à partir de substrats en papier biodégradables et d'encre conductrice.

Le processus de création de PCB en papier est relativement simple. Les étapes utilisent l'impression sur papier ciré, l'infusion d'encre métallique, la sérigraphie d'éléments fonctionnels, le perçage au laser de trous et de vias et l'ajout de traces conductrices. L'encre métallique utilise généralement un mélange de formules semi-conductrices et conductrices et est capable de former des transistors, des condensateurs et des résistances. Tous les composants et fils imprimés sur un PCB en papier sont aussi flexibles que la carte elle-même.

Caractéristiques des circuits imprimés en papier

Au début, les PCB en papier présentaient plusieurs problèmes. Les caractéristiques du papier utilisé pour les cartons ont conduit à ce que les encres conductrices pénètrent dans les pores du substrat, le transformant en segments. Les techniques de fabrication telles que le frittage interféraient avec la stabilité du substrat.

Cependant, les dernières recherches ont modifié de manière adéquate les caractéristiques du papier pour le rendre adapté à une utilisation comme substrat de PCB. Les chercheurs ont modifié les caractéristiques en appliquant une technique de dépôt physique en phase vapeur lors de la fabrication tout en empilant des structures électriquement conductrices dans le papier sans endommager le substrat.

Le dépôt physique en phase vapeur

Grâce au PVD ou dépôt physique en phase vapeur, les chercheurs ont pu transformer un matériau en phase condensée en phase vapeur puis en une phase condensée en film mince à son niveau atomique. Généralement, le processus transforme le matériau en vapeur à l’aide d’un plasma gazeux ou d’un vide à haute température. Le procédé PVD induit alors une différence de pression pour permettre le transport de la vapeur basse pression vers le substrat. Enfin, la vapeur se condense sur le substrat pour former un film mince.

Les chercheurs ont utilisé le processus PVD ci-dessus pour recouvrir la surface d’un substrat en papier d’un matériau conducteur solide. Ils ont utilisé de nombreux types de matériaux conducteurs pour constituer la pile des dispositifs de mémoire. Ils ont pu recouvrir le substrat d'un film conducteur tel que de l'oxyde d'aluminium, produisant ainsi des dispositifs de mémoire présentant d'excellentes caractéristiques électriques, stabilité et reproductibilité.

L'utilisation de substrats papier aide non seulement les concepteurs à respecter les principes de conception pour l'environnement, mais offre également un substrat très flexible qui se dégrade peu.

Métallisation au plasma

Les chercheurs utilisent également un autre procédé dont les résultats sont prometteurs. Il s’agit du processus de métallisation au plasma qui permet au papier de fonctionner comme un circuit imprimé. Avec la métallisation au plasma, les chercheurs ont utilisé des têtes de pulvérisation au plasma pour pulvériser du métal conducteur en poudre à haute pression sur un matériau de base déjà recouvert de pâte d'argent. Les jets de plasma chauds font fondre le métal conducteur pour lui permettre de se combiner avec la base d'argent, formant ainsi un substrat hautement conducteur.

Premières expériences de métallisation par plasma autorisées circuits imprimés flexibles à produire en quantités limitées. Les substrats en papier recouverts d'un métal léger coûtent moins cher que les substrats en polyimide standard tout en présentant une capacité de charge et une résistance exceptionnelles. L'utilisation d'un matériau de base flexible permet plus de créativité aux concepteurs, car ces chercheurs présentent la technique de métallisation au plasma pour la production de gadgets tels que des affiches électroniques et des cartes postales.

Applications futures

Les chercheurs poursuivent leurs travaux sur la technologie des PCB papier, notamment sur leur utilisation pour une production à grande échelle. Les possibilités sont infinies, par exemple des planches que vous pouvez facilement plier, découper avec des ciseaux ou même former des structures tridimensionnelles avec des applications militaires et/ou médicales.

Tous les types d’industries peuvent bénéficier de ces circuits imprimés légers et biodégradables. Les fabricants peuvent facilement fabriquer des dispositifs électromécaniques de taille micrométrique, tels que des étiquettes RFID imprimées par jet d'encre, des capteurs imprimés avec des encres conductrices, des guides d'ondes imprimés intégrés et d'autres composants électroniques imprimés ou intégrés.

Conclusion

JH PCBA, envisage que les PCB en papier ne conviennent peut-être pas encore aux cartes mères d'ordinateurs ou aux cartes graphiques. Ces cartes jetables seront plutôt utiles pour les réseaux de capteurs sans fil et l'IoDT ou l'Internet des objets jetables. À l'heure actuelle, l'industrie utilise de tels dispositifs pour évaluer la santé humaine, surveiller les conditions environnementales, suivre les expéditions logistiques, surveiller les systèmes alimentaires et d'épicerie, surveillance dans l'armée, et dans les systèmes de livraison. De plus, comme les PCB en papier sont sensibles à l'humidité, ce qui affecte leur utilisation active et leur durée de conservation, ils nécessiteront un emballage plus soigné pendant le transport. Alors que les équipements électroniques traditionnels sont déjà sensibles aux dégâts des eaux, cela pourrait être désastreux pour les PCB en papier.

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