O que é Design de Eletrônicos Impressos?

O que é design de eletrônica impressa? A resposta é simples: é design de eletrônicos. Você utiliza teorias de circuitos, cálculos matemáticos e simulações baseadas em computador para fazer o design de eletrônicos. Você projeta a funcionalidade elétrica e o desempenho de um produto usando materiais de eletrônica impressa. Os materiais são o ponto chave, pois os materiais usados para eletrônica impressa têm características de desempenho elétrico diferentes daqueles usados em PCBs tradicionais. Além disso, os eletrônicos são construídos de maneiras diferentes usando materiais de eletrônica impressa. É bem conhecido como são feitas as trilhas de PCB. Primeiramente, um engenheiro eletrônico as projeta, define dimensões baseadas nos requisitos elétricos e, após o design estar pronto, os arquivos de fabricação são liberados.

Na fabricação, o PCB é fabricado de acordo com os arquivos de design copiando circuitos elétricos no cobre de um PCB, por exemplo, expondo filme fotossensível ao UV mascarado à luz UV. Então, o cobre que não foi exposto à luz UV é corroído. O resultado é uma trilha, conforme projetado. Suas dimensões estão corretas e ele cumpre os requisitos elétricos. Na eletrônica impressa, precisamos alcançar os mesmos resultados, mas com novas regras de design, materiais e métodos de fabricação.

As entradas e saídas do design de eletrônica impressa são basicamente as mesmas que as do design de PCB. O truque entre entrada e saída também é o mesmo: design eletrônico. Você precisa levar informações sobre materiais e regras de design para o seu processo de design e a saída são os arquivos de fabricação. As mesmas leis físicas são válidas no design eletrônico de PCB e eletrônica impressa e estas estabelecem os limites do que pode ser feito. Dois circuitos, um feito por PCB e o outro por eletrônica impressa, podem ter exatamente a mesma funcionalidade, mas os designs dos circuitos parecem e de fato são diferentes. Isso ocorre por causa das capacidades físicas e limitações do material usado nos circuitos elétricos. Em ambos os circuitos, você precisa de diferenças de tensão aplicadas sobre a impedância para obter fluxo de corrente. Para obter o mesmo fluxo de corrente em ambos os circuitos, é necessário ajustar as impedâncias para o mesmo nível ou definir níveis de tensão específicos do circuito. Esses são os parâmetros com os quais geralmente precisamos jogar no design de eletrônica impressa. Estamos em busca de soluções ótimas, ajustando finamente as impedâncias e definindo os níveis de tensão corretos.

No design eletrônico, é essencial conhecer as características do material do produto final. Em PCBs, você conhece a espessura do cobre, a resistência em folha, suas propriedades térmicas, a constante dielétrica do material da PCB, etc. Exatamente os mesmos parâmetros que você precisa conhecer da eletrônica impressa. Qual é a espessura final do condutor de tinta de prata, qual é a sua resistência quadrada, qual é a constante dielétrica do material do substrato? Você executa o design eletrônico para esses novos materiais. A lei de Ohm, as leis da teoria de circuitos de Kirchhoff e as equações de Maxwell são aplicáveis na eletrônica impressa também. Existem centenas de tintas condutivas diferentes no mercado, cada uma com uma resistividade quadrada única. Algumas tintas têm alta condutividade (que normalmente ainda é muito mais do que o cobre puro), mas após a cura, estas não podem se alongar de forma alguma. Outras tintas podem ser esticadas após a cura, mas a condutividade é ainda pior. No design eletrônico, é essencial entender qual é a resistência quadrada da tinta usada após a cura final.

Outro desafio de design é que os parâmetros dos materiais usados em eletrônicos impressos dependem do método de produção utilizado. A maneira como você imprime tintas condutivas, como você as cura, como são outras tintas impressas sob o condutor, por exemplo, afeta a resistência quadrada final. Se você mudar a produção, pode ser necessário alterar o design do seu layout. Ou então, a produção deve ser ajustada de acordo com os requisitos do circuito elétrico do seu design. É extremamente importante que você saiba como é a fabricação de eletrônicos impressos. Isso não faz diferença nas PCBs, você precisa saber como elas são construídas e quais são as limitações dessa produção em particular, mas nas PCBs, os métodos de fabricação são mais padronizados e cada fabricação é basicamente semelhante com pequenas diferenças de capacidade. Em eletrônicos impressos, ainda não estamos nesse nível.

As tintas condutivas podem ser impressas por vários métodos. Os métodos mais utilizados são a serigrafia e a impressão a jato de tinta, e pesquisando no Google você pode encontrar muitos outros também. O ponto chave relacionado ao processo de impressão é entender as capacidades de fabricação e suas limitações. Qual é a distância mínima que você precisa ter entre as trilhas? Quantas camadas condutivas você pode usar? Quais são as larguras mínima e máxima para as trilhas? Familiarize-se com as regras de design da produção que você vai usar e verifique o design de acordo com essas regras de design. Muitas regras de design disponíveis em ferramentas de design de PCB podem ser usadas como tal no design de eletrônicos impressos com definições de regras corretas. Se a fabricação inclui regras de design que não são suportadas pela ferramenta de design eletrônico, significa que você deve fazer uma verificação manual das regras de design. Por exemplo, se você pode usar várias camadas condutivas que são isoladas por dielétricos impressos, significa que você tem exatamente a mesma regra de design entre as trilhas da 1ª e 2ª camada condutiva do que trilhas impressas na mesma camada. E isso não é suportado pelas ferramentas padrão de design de PCB.

Além disso, a eletrônica impressa precisa de componentes para obter funcionalidade e a montagem de componentes em circuitos de eletrônica impressa não é um processo de soldagem padrão. Os materiais típicos usados na eletrônica impressa são plásticos, o que significa que suas características térmicas são diferentes em comparação com PCB ou FPC. Isso significa que os materiais adesivos também são diferentes. Soldas de baixa temperatura, colas condutivas ou outros materiais adesivos são típicos para a SMA de eletrônica impressa e estes podem requerer um footprint especial para os componentes. Você pode colocar trilhas passando por baixo dos componentes? Você precisa de áreas de exclusão especiais? Que tipo de componentes você pode colocar na eletrônica impressa? Estas são perguntas que precisam ser pensadas de uma perspectiva diferente em comparação com a SMA de PCBs. Além disso, os arquivos de fabricação para montagem em superfície podem ser diferentes. Você pode usar o arquivo de estêncil de pasta ou deve fornecer um mapa de dispensação de cola em vez disso? Verifique antecipadamente o que a SMA requer.

Como a eletrônica impressa é uma área tecnológica bastante nova, as informações sobre características dos materiais e métodos de fabricação não estão disponíveis na mesma escala que para PCBs. Além disso, existe uma enorme quantidade de tintas condutivas impressas que possuem diferentes características elétricas, e isso depende do equipamento de fabricação e dos métodos como as características estão na peça pronta. O design depende da implementação de teorias da eletrônica para novos materiais e métodos de fabricação. Para mim, o design eletrônico significa utilizar teorias, física e matemática garantindo a funcionalidade elétrica e o desempenho. Esses métodos precisam do conhecimento dos materiais como entrada. Eu vi na eletrônica impressa que há falta de informações sobre materiais e, às vezes, decisões foram tomadas sem cálculos por trás. Então, isso não é design, mas sim adivinhação. E isso então não é design eletrônico.

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