Notizie PCB - I ricercatori inventano la stampante a getto d'inchiostro stampabile del circuito stampato

Dopo la nascita dell'inchiostro conduttivo, le stampanti a getto d'inchiostro ordinarie possono anche completare la produzione di circuiti stampati flessibili in pochi minuti, il che raddoppia la velocità di sviluppo e il costo dei dispositivi indossabili flessibili.

In quest'epoca in cui quasi ogni famiglia ha un tablet computer, a che serve acquistare una stampante inkjet? Stampare documenti di lavoro, aiutare i bambini a preparare i materiali e occasionalmente digitare due foto, può finire in polvere. Oppure, secondo le idee di diversi ricercatori universitari, può anche diventare una parte importante della produzione personalizzata.

Molti ricercatori del Georgia Institute of Technology, dell'Università di Tokyo e dell'Istituto di Ricerca Microsoft (37,4, 0,32, 0,86%) hanno recentemente trovato una tecnologia per lo sviluppo rapido di apparecchiature elettroniche, che possono produrre direttamente circuiti stampati tramite stampanti inkjet domestici.

Quando disassembli un computer o un telefono cellulare, vedrai uno o più circuiti stampati PCB. I circuiti stampati PCB sono generalmente verdi, ma sono spesso trasformati in rosso, blu, nero o qualsiasi altro colore il progettista desidera. Indipendentemente dall'alimentazione del processore, o dalla trasmissione del segnale tra i componenti, si completa attraverso i fili metallici stampati su queste schede piccole. Sono spesso prodotti in serie da attrezzature professionali in grandi officine.

Prima dell'inizio della produzione di massa, gli sviluppatori devono realizzare diversi circuiti stampati per testare la progettazione e quindi modificare la progettazione in base ai risultati del test. Questo processo è chiamato proofing o prototipazione.

Il breadboard proofing è spesso utilizzato nella fase iniziale dei corsi di sperimentazione universitari e dello sviluppo del prodotto. L'utente inserisce componenti come fili, sensori, resistenze, ecc. su una lavagna bianca con interfacce dense per simulare le prestazioni del prodotto elettronico finale. È molto conveniente cambiare il design sul breadboard, ma le sue dimensioni sono enormi e l'affidabilità e le prestazioni non sono in linea con il prodotto finito. Prima o poi, gli sviluppatori devono ancora provare sul circuito stampato PCB.

Al fine di aiutare imprenditori e ricercatori a produrre rapidamente circuiti stampati, alcune aziende forniscono la presentazione online del progetto e la consegna espressa agli utenti dopo il completamento della produzione. Tuttavia, ci vuole almeno un giorno per una tale modalità di produzione per ottenere il circuito stampato PCB, che rallenta seriamente la velocità di sviluppo del prodotto e ci vuole una settimana per cambiare il design due volte.

Con il calo del costo delle stampanti 3D e delle macchine da taglio laser, gli imprenditori hardware sono stati in grado di provare molti diversi progetti abitativi in un giorno. Il lungo ciclo di elaborazione dei circuiti stampati PCB è diventato una lacuna all'inizio della progettazione imprenditoriale di prodotti hardware.

"Pensiamo che dovremmo portare un modo per testare e personalizzare rapidamente le schede PCB", ha detto Gregory Abowd, un professore alla School of Interactive Computers del Georgia Institute of Technology, che ritiene che questa tecnologia dovrebbe essere più veloce e più economica. Le persone che vogliono esercitarsi possono permetterselo".

Le ultime scoperte nella scienza dei materiali hanno reso possibile l'idea di Abode. Il ricercatore Mitsubishi Wu Xuanfangshu ha inventato un inchiostro conduttivo che non richiede un trattamento ad alta temperatura e subisce una reazione chimica per produrre conducibilità dopo l'essiccazione. Scioglie nanoparticelle d'argento con un diametro di meno di 0,1 micron in un solvente speciale contenente lattice polimerico e l'inchiostro diventerà conduttivo entro pochi secondi dopo l'essiccazione.

Al fine di garantire che l'inchiostro conduttivo possa essere espulso senza intoppi dall'ugello della stampante, Mitsubishi ha ottimizzato la viscosità dell'inchiostro, la tensione superficiale, la volatilità e la dimensione delle particelle. La versione prodotta in serie ha un prezzo di 20.000 yen per 100 ml. Se utilizzata come circuito stampato, un circuito largo 1mm ha una media di 5 centesimi al metro, e il costo non è alto.

I ricercatori hanno testato questo inchiostro conduttivo su una varietà di stampanti inkjet domestiche e hanno scoperto che le stampanti inkjet con una maggiore uscita di inchiostro possono essere utilizzate normalmente, e quella più economica è inferiore a $ 100. Il ricercatore ha usato un tubo ad ago per iniettare inchiostro conduttivo in una cartuccia d'inchiostro pulita e vuota. Per evitare che oggetti galleggianti si mescolino nell'inchiostro per influenzare la conducibilità, è necessario un tubo filtrante monouso durante il processo di iniezione.

L'inchiostro conduttivo richiede che la carta abbia bassa resistenza elettrica e, allo stesso tempo, è necessario impedire che l'inchiostro si diffonda per garantire la conducibilità. Il trattamento superficiale è necessario. Gli esperimenti hanno scoperto che la carta lucida per la stampa fotografica e il film plastico PET trasparente possono soddisfare le esigenze della stampa a circuito stampato. Questi materiali sono morbidi e pieghevoli, adatti allo sviluppo di dispositivi elettronici indossabili flessibili. Questo è qualcosa che i servizi generali di personalizzazione della scheda PCB non possono fornire.

La stampa del circuito stesso non richiede software speciale. Lo sviluppatore può usarlo solo convertendo il diagramma del circuito progettato in un'immagine a matrice di punti. Ma il circuito stampato non dovrebbe essere troppo sottile, troppo sottile per garantire la conducibilità. Pertanto, la modalità foto deve essere selezionata durante la stampa. In questo momento, la stampante mescolerà l'inchiostro conduttore nelle tre aree di ciano, rosso e giallo per formare nero e l'uscita dell'inchiostro è superiore a quella della modalità testo utilizzando solo la cartuccia d'inchiostro nera.

I ricercatori hanno scoperto che la resistenza dei circuiti stampati a getto d'inchiostro cambierà nel tempo e aumenterà del 15% dopo 7 mesi. Questo è il risultato dell'ossidazione delle nanoparticelle d'argento, che influenzerà l'uso a lungo termine del circuito stampato. La soluzione è anche molto semplice, utilizzando direttamente un laminatore fotografico domestico per premere uno strato di pellicola sul circuito stampato può efficacemente prevenire l'ossidazione.

Il circuito stampato è solo la base. Il passo successivo dopo la stampa è installare componenti come processori, resistenze e sensori. I componenti della scheda PCB tradizionale sono tutti fissati mediante saldatura, che è molto ferma. Ma la saldatura richiede una temperatura elevata di almeno 180°C, che danneggerà la carta nella parte inferiore del circuito e influenzerà il circuito solidificato.

La soluzione trovata dai ricercatori è quella di attaccare i componenti con colla conduttiva d'argento, che è il metodo di installazione più forte. In un forno a 65°C, la colla conduttiva d'argento può fissare i componenti entro dieci minuti. Inoltre, l'adesivo biadesivo conduttivo prodotto da 3M può essere utilizzato anche per fissare i componenti.

Oltre al circuito stampato stesso, gli sviluppatori possono anche stampare direttamente antenne semplici a getto d'inchiostro e persino sensori touch. Ad esempio, aggiungere pulsanti touch ai giocattoli per bambini e riprodurre musica dopo aver sentito il tocco. Il costo di stampa di tali antenne e sensori è spesso solo decine di centesimi.

La produzione di circuiti elettronici è un mercato enorme, con un valore di produzione di 9,4 miliardi di dollari l'anno scorso. Anche Xerox Laboratories (PARC) ha fatto un tentativo simile. Quest'anno ha lanciato un inchiostro conduttivo chiamato Silver Bullet, che può stampare circuiti direttamente su fogli di plastica. Il circuito stampato in plastica deve essere riscaldato ad una temperatura elevata di 150 ° C per diverse ore prima che i componenti possano essere installati. Inoltre, i nuovi materiali Xerox richiedono l'uso di stampanti industriali di aziende come Fujitsu, e il costo è solitamente superiore ai 50.000 dollari.

Rispetto alle apparecchiature di stampa inkjet dedicate di Xeroxâ, la soluzione del Georgia Institute of Technology è di soli 300 dollari e la velocità di stampa è anche più veloce.

Nel 1988, Mark Weiser, il capo scienziato di Xerox Laboratories, ha presentato il concetto di computer pervasivo: la nascita di un gran numero di dispositivi indossabili, tablet e dispositivi interattivi a grande schermo porterà i computer in tutto ciò che circonda gli utenti. La previsione di Wei Ze è gradualmente diventata realtà.

L'assistente professore Hiroshi Kawahara dell'Università di Tokyo che ha partecipato al progetto ritiene che la sua ricerca sia un passo importante verso l'informatica pervasiva. Alla Ubiquitous Computing Conference di quest'anno, Hiroshi Kawahara ha pubblicato un articolo che descrive i dettagli e le prospettive della tecnologia dei circuiti di stampa a getto d'inchiostro istantaneo. Ha scritto sul giornale: "Tutti i materiali utilizzati nella ricerca sono direttamente disponibili sul mercato. È possibile sperimentare direttamente a casa. Questo metodo può stampare circuiti stampati, sensori e antenne PCB a un costo molto basso., porta molte nuove opportunità."