Бумажная схема:гибкая, эстетичная электрическая схема для художественных проектов

В традиционном методе изготовления компактных схем используются печатные платы, но эти жесткие детали из стекловолокна не всегда практичны. При работе над художественными проектами, такими как поздравительные открытки, картины или рисунки, вам нужна гибкая структура для удержания цепей. Возможно, вы думаете об использовании гибких печатных плат, но их сложнее построить по сравнению с бумажными схемами, что делает их более дорогими. Таким образом, последний более выгоден, и мы подробно рассмотрели его ниже.

Что такое бумажная цепь?

Как следует из названия, бумажная схема представляет собой функционирующую электронную схему, построенную на листе бумаги. Этот предмет уникален, потому что он сочетает в себе эстетику и функциональность для создания проекта бумажной схемы с использованием традиционных методов изобразительного искусства.

Бумажная схема с батарейкой-таблеткой

Источник:Викисклад

Как сделать бумажную схему?

Для создания бумажной схемы необходимо выполнить следующие четыре шага.

Создание трасс

Следы — это дорожки или линии, состоящие из меди для соединения электронных компонентов, образующих электрическую цепь. В проектах бумажных схем для создания дорожек используется лента, краска или чернила.

Трассы проводящих медных лент

Токопроводящая лента — один из самых доступных вариантов при разработке бумажной схемы. Он также позволяет выполнять пайку, что невозможно с помощью чернил или краски.

Токопроводящая медь, используемая в бумажной цепи

Источник:Викисклад

Лента из медной фольги является наиболее часто используемым типом из-за ее низкой стоимости. Вы можете получить его в разных размерах, от 5 мм до 2 дюймов.

С другой стороны, тканевая лента состоит из меди, кобальта и никеля, и ее основным преимуществом является способность выдерживать изгиб/сгибание без разрыва.

Электропроводящая текстильная лента

• Отклейте ленту и приклейте ее, прижав ее к бумаге в нужном месте.
• Оставляйте места на ленте для размещения компонентов (избегайте использования непрерывной ленты между компонентами схемы)
• Используйте аккуратные приемы складывания вокруг углов или обрежьте и припаяйте ленту.
• При использовании ленты из медной фольги припаяйте или наклейте прозрачную ленту на изогнутые выводы для удержания дорожки.
• Для тканевой ленты нанесите токопроводящий клей или прошейте стык с помощью токопроводящего материала.

Следы токопроводящей краски

Как и обычная живопись, токопроводящие краски помогают создавать художественные схемы из бумаги. Большинство людей используют пластиковую бутылку или кисть, чтобы рисовать дорожки, изгибая и закручивая их, чтобы соединить электрические компоненты. Независимо от ленты, вы должны применить ее, выполнив следующие действия:

На стене использована токопроводящая краска

Источник:Flickr

Еще одним преимуществом использования краски является то, что проводящий материал может приклеивать электрические компоненты к дорожке. Тем не менее, картина может стать грязной и требует много времени для высыхания. Для нанесения краски требуются следующие инструкции:

• Сначала нарисуйте линии трассировки маркером или карандашом.
• Используйте клей, чтобы приклеить компоненты к бумаге.
• Чтобы точно разместить мелкие детали, используйте пинцет.
• Нанесите краску вдоль дорожек и на контактные площадки/провода.
• Дайте краске высохнуть перед тестированием.

Следы токопроводящих чернил

Следы проводящих чернил обычно поставляются в виде предварительно заполненных электрических ручек для упрощения рисования. Хотя чернила сохнут быстрее, закрепить компоненты сложнее.

Схема бумаги с проводящими чернилами

Наиболее распространенными являются ручки для разметки схем и устройства для изготовления схем AgIC. Для применения используйте эти инструкции:

• С помощью карандаша/трафарета нарисуйте схему.
• Если для проектирования схемы используется компьютер, оставьте контуры заливки вместо линий, поскольку чернила плохо прилипают к тонеру принтера.
• Тщательно обведите линии электрическим маркером.
• Создавайте большие контактные площадки/круги для компонентов и непрерывные линии между электронными компонентами.
• Используйте токопроводящий клей, наклейки или ленту, чтобы прикрепить электронные компоненты к следам чернил.

Выбор компонентов

Следующим шагом после создания трасс является выбор компонентов, необходимых для вашей схемы, и этот выбор зависит от типа трассы.

Компоненты сквозных отверстий

В эту категорию попадают компоненты с длинными выводами, такие как светодиоды, резисторы, диоды и т. д.

Несколько сквозных компонентов на печатной плате

Источник:Викисклад

Вы можете согнуть выводы, чтобы создать большую площадь поверхности для прикрепления к дорожкам при использовании:

• Тканевая лента.
• Медная лента
• Электрокраска

Компоненты для поверхностного монтажа

Работать с SMD-компонентами сложно, но их низкопрофильная структура делает их идеальными для ровного размещения на бумажной поверхности на симпатичных открытках и других проектах бумажных схем.

Компоненты для поверхностного монтажа на печатной плате

Источник:Викисклад

Вы можете использовать эти части на:

• Электропроводящая краска
• Медная лента
• Электропроводящие чернила

Компоненты LilyPad

Компоненты Lilypad идеально подходят для бумажных схем благодаря своей низкопрофильной конструкции с большими контактными площадками.

Компонент кувшинки

Источник:Викисклад

Вы можете использовать их с:

• Тканевая лента.
• Медная лента

Наклейки Chibitronics Circuit

Эти наклейки содержат токопроводящий клей, что делает их идеальными для наклеивания на лист бумаги.

Наклейки с схемой Chibitronics

Источник:Flickr

Хотя они довольно дороги, вы можете использовать токопроводящую краску, медную ленту или наклейки из тканевой ленты.

Модули схемописания

Модули разметки цепей являются магнитными, и для временного соединения дорожек и модулей требуется металлический лист за поверхностью бумаги.

Налаживание связей

После создания трасс и выбора компонентов следующим шагом будет их соединение. Есть пять способов сделать это. Вы можете:

Припой

Работает только на медной ленте, на которую можно припаивать наклейки, компоненты THT, SMD и LilyPad.

Очистить ленту

Вы можете использовать прозрачную ленту для крепления компонентов THT или SMD к медной ленте.

Лента оси Z

Лента с осью Z — это чувствительная к давлению двусторонняя лента, которая идеально подходит для компонентов с большой площадью поверхности для соединения, медной ленты и токопроводящих чернил на больших площадях.

Электропроводящая краска

Проводящие краски создают соединения холодной пайки, которые высыхают, чтобы прикрепить компоненты. Вы можете использовать их с компонентами THT и SMD на негибких поверхностях.

Электропроводящий клей/эпоксидная смола

Этот вариант является дорогостоящим, требует длительного времени высыхания, а некоторые клеи требуют термофиксации. Но он работает почти со всеми компонентами и трассировками. К ним относятся:

• Электропроводящие чернила
• Медная лента
• Компоненты THT, SMD и LilyPad

Поддержка вашего проекта

Последним шагом является питание вашего проекта с помощью батарейки типа «таблетка». Сложность заключается в том, чтобы прикрепить батарею к цепи, создав держатель батареи. Кроме того, вы можете использовать модуль держателя батареи или батарею с выступом.

Держатель плоской круглой батарейки

Источник:Викисклад

Достижения в исследованиях бумажных печатных плат

Область бумажных печатных плат не осталась на месте. За прошедшие годы исследования привели к появлению прозрачной целлюлозной нанобумаги, функции которой аналогичны гибкой подложке для печатных плат.

Нанобумага появилась после создания процесса плазменной металлизации. Этот процесс преобразует документ в печатные платы для пайки и позволяет печатать память на бумаге, прикрепляя компоненты к целлюлозной подложке.

Характеристики бумаги для бумажных печатных плат

Бумага пористая и может привести к проблемам, когда проводящие чернила просачиваются и становятся сегментированными. Существует также проблема процессов спекания, которые дестабилизируют бумагу.

Однако все это перестало быть проблемой после того, как исследовательская группа применила физическое осаждение из паровой фазы на всех этапах изготовления.

Физическое осаждение из паровой фазы (PVD)

PVD преобразует материалы из конденсированной фазы в паровую и наоборот, создавая тонкую конденсированную пленку на атомарном уровне.

В процессе для преобразования используется либо газовая плазма, либо высокотемпературный вакуум. Затем он использует разницу давлений для перемещения пара от источника низкого давления к бумаге. Последним шагом является конденсация пара на бумаге для формирования тонкопленочного покрытия.

Процесс физического осаждения из паровой фазы

Источник:Викисклад

Тонкопленочное покрытие обычно представляет собой твердый проводящий материал, такой как оксид алюминия, для создания стабильных и воспроизводимых устройств памяти с превосходными электрическими свойствами.

Плазменная металлизация

Плазменная металлизация также дает многообещающие результаты, поскольку позволяет бумаге функционировать как печатная плата. В нем используется плазменная распылительная головка для распыления под высоким давлением порошка проводящего металла на основной материал, покрытый серебряной пастой.

После того, как металл покроет основной материал, струя горячей плазмы расплавит его, чтобы объединить два слоя и создать подложку с высокой проводимостью.

Бумажные печатные платы могут привести к новым приложениям в будущем

Несмотря на эти достижения в области бумажных схем, исследования по совершенствованию этой технологии и развитию ее для крупномасштабного производства все еще продолжаются.

Подумайте о возможностях. Изображение со складными, обрезаемыми, трехмерными бумажными схемами для медицинского или военного использования. То же самое относится и к промышленному использованию биоразлагаемых ПХД.

Очевидно, что область бумажных печатных плат подает большие надежды, и дальнейшие исследования сделают ее только лучше. Если вы хотите узнать больше об этой технологии, свяжитесь с нами, чтобы получить информацию от нашей команды экспертов.