L'actualité PCB - Des chercheurs inventent une imprimante à jet d'encre à circuit imprimé

Après la naissance de l'encre conductrice, les imprimantes jet d'encre ordinaires peuvent également compléter la production de cartes de circuits flexibles en quelques minutes, ce qui double la vitesse de développement et le coût des dispositifs portables flexibles.

À quoi sert l'achat d'une imprimante jet d'encre à une époque où presque tous les foyers ont des tablettes? Imprimez des documents de travail, aidez votre enfant à préparer le matériel, faites deux photos de temps en temps et vous risquez de vous retrouver gris. Alternativement, il peut également être une partie importante de la production personnalisée, selon les idées de plusieurs chercheurs universitaires.

De nombreux chercheurs du Georgia Institute of Technology, de l'Université de Tokyo et de l'Institut Microsoft (37,4%, 0,32%, 0,86%) ont récemment découvert une technologie permettant de développer rapidement des appareils électroniques pouvant produire directement des cartes de circuits imprimés via des imprimantes à jet d'encre domestiques.

Lorsque vous démontez votre ordinateur ou votre téléphone, vous verrez une ou plusieurs cartes PCB. Les cartes PCB sont généralement vertes, mais elles sont généralement traitées en rouge, bleu, noir ou toute autre couleur souhaitée par le concepteur. Que ce soit l'alimentation du processeur, ou la transmission du signal entre les composants, cela se fait par des fils métalliques imprimés sur ces plaquettes. Ils sont généralement produits en masse dans de grands ateliers par des équipements spécialisés.

Avant de commencer la production de masse, les développeurs doivent fabriquer plusieurs cartes pour tester la conception, puis modifier la conception en fonction des résultats des tests. Ce processus est appelé relecture ou prototypage.

La relecture au tableau noir est souvent utilisée dans les cours expérimentaux universitaires et dans les premières étapes du développement de produits. L'utilisateur insère des composants tels que des fils, des capteurs, des résistances, etc. sur un tableau blanc avec une interface dense pour simuler les performances de l'électronique finale. Il est très pratique de changer la conception sur une planche à pain, mais sa taille est énorme et sa fiabilité et ses performances ne correspondent pas au produit fini. Tôt ou tard, les développeurs ont encore besoin de vérifier sur la carte de circuit imprimé PCB.

Pour aider les entrepreneurs et les chercheurs à produire rapidement des cartes de circuit imprimé, certaines entreprises offrent des soumissions de conception en ligne et des livraisons Express aux utilisateurs une fois la production terminée. Cependant, un tel modèle de production prend au moins une journée pour obtenir une carte PCB, ce qui ralentit considérablement le développement du produit et prend une semaine pour changer de conception deux fois.

Avec la baisse du coût des imprimantes 3D et des machines de découpe laser, les entrepreneurs en matériel ont pu essayer de nombreuses conceptions de logements différentes en une journée. Le long cycle d'usinage de la carte PCB est devenu un inconvénient au début de la conception de produits de matériel de démarrage.

« Nous pensons que nous devrions trouver un moyen de vérifier et de personnaliser rapidement les cartes PCB », a déclaré Gregory Abowd, professeur à l’École d’informatique interactive du Georgia Institute of Technology, qui pense que la technologie devrait être plus rapide et moins chère. Ceux qui veulent pratiquer peuvent se le permettre. »

Les dernières percées en science des matériaux ont rendu possible l'idée d'abode. Wu xuanfangshu, chercheur chez Mitsubishi, a inventé une encre conductrice qui ne nécessite pas de traitement à haute température et qui, après séchage, subit une réaction chimique pour produire une conductivité électrique. Il dissout des nanoparticules d'argent de moins de 0,1 micron de diamètre dans un solvant spécial contenant un latex de polymère et l'encre devient conductrice en quelques secondes après séchage.

Pour s'assurer que l'encre conductrice peut être éjectée en douceur de la buse de l'imprimante, Mitsubishi a optimisé la viscosité, la tension superficielle, la volatilité et la granulométrie de l'encre. Le prix de la version de production en série est de 20 000 yens par 100 ml. Lorsqu'il est utilisé comme carte de circuit imprimé, un circuit de 1 mm de large coûte en moyenne 5 cents par mètre et ne coûte pas cher.

Les chercheurs ont testé cette encre conductrice sur diverses imprimantes à jet d'encre domestiques et ont constaté que les imprimantes à jet d'encre avec une plus grande production d'encre pouvaient être utilisées normalement, le moins cher pour moins de 100 $. Les chercheurs ont utilisé un tube à aiguille pour injecter de l'encre conductrice dans une cartouche propre et vide. Pour éviter que les matières flottantes ne soient mélangées dans l'encre pour affecter la conductivité, un tube filtrant jetable est nécessaire pendant l'injection.

Les encres conductrices exigent que le papier ait une faible résistance électrique, tout en empêchant la diffusion de l'encre pour assurer la conductivité. Un traitement de surface est nécessaire. L'expérience a révélé que le papier d'impression PHOTO brillant et le film plastique PET transparent pouvaient répondre aux besoins d'impression de circuits. Ces matériaux sont souples et pliables et conviennent au développement de dispositifs électroniques portables flexibles. C'est quelque chose que le Service général de personnalisation de carte PCB ne peut pas fournir.

L'impression de circuit elle - même ne nécessite pas de logiciel spécial. Les développeurs ne peuvent l'utiliser qu'en convertissant un schéma de circuit conçu en diagramme matriciel de points. Mais le circuit imprimé ne doit pas être trop mince, trop mince pour assurer la conductivité. Par conséquent, le mode photo doit être sélectionné lors de l'impression. À ce stade, l'imprimante mélange l'encre conductrice des trois zones Cyan, Rouge et jaune pour former du noir, avec une sortie d'encre supérieure au mode texte qui n'utilise que des cartouches noires.

Les chercheurs ont constaté que la résistance d'une carte de circuit imprimé à jet d'encre change au fil du temps, augmentant de 15% après 7 mois. C'est le résultat de l'oxydation des nanoparticules d'argent et peut affecter l'utilisation à long terme de la carte. La solution est également simple, directement avec la machine de laminage électro - optique domestique pour presser un film sur la carte de circuit imprimé, peut empêcher efficacement l'oxydation.

Le circuit imprimé n'est que la base. L'étape suivante après l'impression consiste à installer des composants tels que le processeur, les résistances et les capteurs. Les composants de la carte PCB traditionnelle sont tous fixés par soudage et sont très solides. Mais le soudage nécessite des températures élevées d'au moins 180 ° C, ce qui peut endommager le papier au fond de la carte et affecter le circuit solidifié.

La solution trouvée par les chercheurs a été de coller les composants avec de la colle d'argent conductrice, la méthode d'installation la plus forte. Dans un four à 65 ° C, la colle d'argent conductrice peut fixer l'ensemble en dix minutes. En outre, la colle double face conductrice produite par la société 3M peut également être utilisée pour fixer des composants.

En plus de la carte PCB elle - même, les développeurs peuvent imprimer directement des antennes simples à jet d'encre ou même des capteurs tactiles. Par exemple, ajoutez des boutons tactiles aux jouets pour enfants et jouez de la musique après avoir ressenti le toucher. Le coût d'impression de telles antennes et capteurs n'est généralement que de quelques dizaines de centimes.

La production de cartes électroniques est un marché énorme, avec une valeur de production de 9,4 milliards de dollars l'année dernière. Des tentatives similaires ont été faites par Xerox Labs. Cette année, la société a lancé une encre conductrice appelée Silver Bullet qui imprime des circuits directement sur des feuilles de plastique. La carte de circuit imprimé en plastique doit être chauffée à une température élevée de 150 ° C pendant plusieurs heures avant que les composants ne puissent être installés. En outre, les nouveaux matériaux de Xerox nécessitent l'utilisation d'imprimantes de qualité industrielle de sociétés telles que Fujitsu, qui coûtent généralement plus de 50 000 dollars.

Comparé à l'équipement d'impression jet d'encre dédié de Xerox, la solution de Georgia Tech est également plus rapide à imprimer pour seulement 300 $.

En 1988, Mark Weiser, scientifique en chef chez Xerox Labs, a développé le concept de l’informatique universelle – la naissance d’un grand nombre de dispositifs portables, de tablettes et d’appareils interactifs à grand écran qui intégreraient les ordinateurs dans tout ce qui entoure l’utilisateur. La prophétie de weizer est progressivement devenue réalité.

Hiroshi kawara, professeur adjoint à l'Université de Tokyo, qui a participé au projet, considère ses recherches comme une étape importante vers l'informatique universelle. Lors de l'ubiquity Computing Conference de cette année, Hongō kawarama a présenté un article détaillant les détails et les perspectives de la technologie des circuits imprimés à jet d'encre instantané. « tous les matériaux utilisés dans la recherche sont disponibles directement sur le marché. Vous pouvez expérimenter directement à la maison. Cette méthode permet d’imprimer des cartes PCB, des capteurs et des antennes à très faible coût. Cela ouvre de nombreuses nouvelles opportunités. »