Elettronica stampata: una tecnologia del passato e del futuro

Le elettroniche stampate (PE) rappresentano un nuovo settore di interconnessione in rapida crescita. Hanno origine dalle tastiere flessibili stampate per elettrodomestici e per le tecnologie in espansione presenti in riviste e letteratura di lusso. L'ironia delle PE è che questa tecnologia è probabilmente stata la prima ad essere impiegata durante la Seconda Guerra Mondiale e tutti i circuiti stampati devono la loro origine alle PE.

APPLICAZIONI

La cosa più entusiasmante delle PE è tutte le nuove applicazioni e mercati che apriranno. In Figura 1 sono presentati solo dieci dei mercati attualmente perseguiti dagli sviluppatori di PE. Per la maggior parte di questi mercati, le applicazioni sono di breve durata e i substrati PE effettivi possono essere monouso. Alcune applicazioni si sono già affermate come le tastiere flessibili, i sensori di glucosio stampati e i tag RFID stampati. Altre, come le maschere per le rughe cosmetiche alimentate da batterie stampate ed elettroliti elettroforetici, non sono nemmeno presenti in questa lista.

MATERIALI

I materiali continuano a rappresentare la principale sfida per gli sviluppatori di PE. Poiché molte applicazioni PE sono sensibili ai costi, gli attuali inchiostri conduttivi di argento e gli isolanti di film di poliimide sono troppo costosi per le loro applicazioni. Gli isolanti attualmente candidati sono mostrati nella Tabella 1 e i conduttori nella Tabella 2.

Le ricerche sembrano favorire le nanotecnologie di vetro, carta plastificata e PET come substrati e rame, grafite/grafene e nanotubi di carbonio (CNT) come conduttori.

TABELLA 2: Materiali conduttivi e inchiostri adatti per la PE

PROCESSI DI PRODUZIONE

La stampa di elettronica stampata richiama la stampa a basso costo come quella delle riviste. Questa tecnologia è una delle nostre più antiche e automatizzate. Ma altre tecnologie di stampa sono mostrate nella Figura 2.

I vari metodi di stampa degli inchiostri sono caratterizzati in funzione della loro risoluzione (in micron) e della produttività in metri quadrati al secondo.        

Una tabella più dettagliata della stampa è mostrata nella Tabella 3. Essa elenca velocità, risoluzione, spessore del film (in micron) e viscosità degli inchiostri che può utilizzare.

STRUMENTI DI PROGETTAZIONE

Se hai effettuato l'aggiornamento a Altium Designer^® 19, potresti aver notato che ha la capacità di progettare Elettronica Stampata. Questo è fortunato, perché molte idee ed elettroniche innovative possono assumere la forma di un substrato elettronico stampato. La stampa 3D può ora realizzare elettronica stampata utilizzando paste d'argento e vari isolanti, inchiostri resistivi e capacitivi. Presto saranno disponibili anche inchiostri semiconduttori (tipo P & N) così come paste OLED. Man mano che la tecnologia diventa più popolare, verranno sviluppati altri inchiostri speciali così come substrati migliorati simili alla carta.

Per una spiegazione completa e approfondita dell'elettronica stampata, scarica e leggi il mio Capitolo 11: Elettronica Stampata, pp. 380-444 nell'eBook di Joseph Fjelstad: Tecnologia dei Circuiti Flessibili-Quarta Edizione su www.iconnect007.com

FIGURA 2. Nove metodi di stampa ad alta velocità in funzione della loro risoluzione

TABELLA 3. Ulteriori dettagli sulle caratteristiche della stampa ad alta velocità disponibile oggi con indicazione del range di viscosità degli inchiostri che può impiegare

RIFERIMENTI:

1. Organic and Printed Electronics Association, rivista OPE, 1-2007, www.ope-journal.com