Circuit papier :un circuit électrique flexible et esthétique pour les projets artistiques

La méthode traditionnelle de fabrication de circuits compacts utilise des cartes de circuits imprimés, mais ces pièces rigides en fibre de verre ne sont pas toujours pratiques. Lorsque vous travaillez sur des projets artistiques comme des cartes de vœux, des peintures ou des dessins, vous avez besoin d'une structure flexible pour maintenir les circuits. Vous envisagez peut-être d'utiliser un circuit imprimé flexible, mais ceux-ci sont plus complexes à construire que les circuits papier, ce qui les rend plus coûteux. Ainsi, ce dernier est plus avantageux, et nous l'avons examiné en détail ci-dessous.

Qu'est-ce qu'un circuit papier ?

Comme son nom l'indique, un circuit papier est un circuit électronique fonctionnel construit sur un morceau de papier. L'article est unique car il combine esthétique et fonctionnalité pour créer un projet de circuit en papier en utilisant des techniques traditionnelles des beaux-arts.

Un circuit papier avec une pile bouton

Source :Wikimedia Commons

Comment faire un circuit papier ?

La création d'un circuit papier nécessite ces quatre étapes.

Création de traces

Les traces sont les voies ou les lignes constituées de cuivre pour connecter les composants électroniques pour former le circuit électrique. Les projets de circuits en papier utilisent du ruban adhésif, de la peinture ou de l'encre pour créer les traces.

Traces de ruban de cuivre conducteur

Le ruban conducteur est l'une des options les plus accessibles lors du développement d'un circuit papier. Il permet également la soudure, ce qui est impossible avec de l'encre ou de la peinture.

Cuivre conducteur utilisé dans un circuit papier

Source :Wikimedia Commons

Le ruban de feuille de cuivre est le type le plus couramment utilisé en raison de son faible coût. Vous pouvez l'obtenir dans différentes tailles allant de 5 mm d'épaisseur à 2 pouces d'épaisseur.

D'autre part, le ruban textile est composé de cuivre, de cobalt et de nickel, et son principal avantage est sa capacité à résister à la flexion/flexion sans se casser.

Ruban textile conducteur

• Décollez et collez le ruban adhésif en appuyant dessus sur le papier à l'endroit où vous voulez qu'il aille
• Laissez des espaces dans la bande pour que les composants puissent s'asseoir (évitez d'utiliser une bande continue entre les composants du circuit)
• Utilisez des techniques de pliage soignées autour des coins ou coupez et soudez le ruban
• Lorsque vous utilisez du ruban adhésif en feuille de cuivre, soudez ou appliquez du ruban adhésif transparent sur les fils pliés pour maintenir la trace
• Pour le ruban en tissu, appliquez un adhésif conducteur ou cousez le joint à l'aide d'un fil conducteur

Traces de peinture conductrice

Comme la peinture ordinaire, les peintures conductrices aident à construire des projets artistiques de circuits de papier. La plupart des gens utilisent un flacon souple ou un pinceau pour dessiner les traces tout en les courbant et en les faisant tourbillonner pour relier les composants électriques. Quelle que soit la bande, vous devez l'appliquer en suivant ces étapes :

Peinture conductrice utilisée sur un mur

Source :Flickr

Un autre avantage de l'utilisation de la peinture est que le matériau conducteur peut coller les composants électriques à la trace. Cependant, la peinture peut devenir salissante et nécessite beaucoup de temps de séchage. L'application de la peinture nécessite les instructions suivantes :

• Esquissez d'abord les lignes de tracé à l'aide d'un marqueur ou d'un crayon
• Utilisez de l'adhésif pour coller les composants sur le papier
• Pour les petites pièces, utilisez des pincettes pour un positionnement précis
• Appliquez de la peinture le long des traces et sur les pastilles/fils
• Laissez sécher la peinture avant de tester

Traces d'encre conductrice

Les traces d'encre conductrice se présentent généralement sous la forme de stylos de peinture électriques préremplis pour simplifier le dessin. Bien que l'encre prenne moins de temps à sécher, la fixation des composants est plus compliquée.

Circuit de papier à encre conductrice

Les stylos les plus courants sont le traceur de circuits et le fabricant de circuits AgIC. Pour l'application, utilisez ces instructions :

• Utilisez un crayon/pochoir pour dessiner le circuit.
• Si vous utilisez un ordinateur pour concevoir le circuit, laissez des contours de remplissage au lieu de lignes car l'encre n'adhère pas bien au toner de l'imprimante.
• Tracer soigneusement les lignes à l'aide du stylo à peinture électrique.
• Créez de grands pads/cercles pour les composants et des lignes continues entre les composants électroniques.
• Utilisez un adhésif conducteur, des autocollants de circuit ou du ruban adhésif pour fixer les composants électroniques aux traces d'encre.

Choix des composants

Après avoir créé les traces, l'étape suivante consiste à choisir les composants nécessaires dans votre circuit, et cette sélection dépend du type de trace.

Composants traversants

Les composants avec de longs fils comme les lumières LED, les résistances, les diodes, etc., entrent dans cette catégorie.

Plusieurs composants traversants sur une carte de circuit imprimé

Source :Wikimedia Commons

Vous pouvez plier les fils pour créer plus de surface à attacher aux traces lors de l'utilisation :

• Ruban en tissu
• Ruban de cuivre
• Peinture électrique

Composants montés en surface

Travailler avec des composants SMD est délicat, mais leur structure discrète les rend idéaux pour être posés à plat sur une surface en papier sur de jolies cartes et d'autres projets de circuits en papier.

Composants montés en surface sur un circuit imprimé

Source :Wikimedia Commons

Vous pouvez utiliser ces pièces sur :

• Peinture conductrice
• Ruban de cuivre
• Encre conductrice

Composants LilyPad

Les composants Lilypad sont parfaits pour les circuits papier en raison de leur conception à profil bas avec de grands pads.

Un composant nénuphar

Source :Wikimedia Commons

Vous pouvez les utiliser avec :

• Ruban en tissu
• Ruban de cuivre

Autocollants de circuit Chibitronics

Ces autocollants sont dotés d'une colle conductrice, ce qui les rend parfaits pour coller sur une feuille de papier.

Autocollants de circuit Chibitronics

Source :Flickr

Bien qu'ils soient assez chers, vous pouvez utiliser de la peinture conductrice, du ruban de cuivre ou des autocollants en tissu.

Modules de scribe de circuit

Les modules de traceur de circuit sont magnétiques et nécessitent une feuille de métal derrière la surface du papier pour connecter temporairement les pistes et les modules.

Établir des liens

Après avoir créé les traces et choisi les composants, l'étape suivante consiste à les connecter. Il y a cinq façons de procéder. Vous pouvez :

Souder

Fonctionne uniquement sur du ruban de cuivre sur lequel vous pouvez souder des autocollants de circuit, des composants THT, SMD et LilyPad.

Bande transparente

Vous pouvez utiliser du ruban adhésif transparent pour fixer les composants THT ou SMD au ruban de cuivre.

Ruban axe Z

Le ruban de l'axe Z est un ruban double face sensible à la pression qui est idéal pour une utilisation avec des composants ayant de grandes surfaces pour la connexion, du ruban de cuivre et de l'encre conductrice dans de larges zones.

Peinture conductrice

Les peintures conductrices créent des joints de soudure à froid qui sèchent pour fixer les composants. Vous pouvez les utiliser avec des composants THT et SMD sur des surfaces non flexibles.

Adhésif conducteur/époxy

Cette option est coûteuse, nécessite un temps de séchage prolongé et certains adhésifs nécessitent un thermofixage. Mais cela fonctionne avec presque tous les composants et traces. Ceux-ci incluent :

• Encre conductrice
• Ruban de cuivre
• Composants THT, SMD et LilyPad

Propulser votre projet

La dernière étape consiste à alimenter votre projet à l'aide d'une pile bouton. La partie délicate consiste à attacher la batterie au circuit, en créant un support de batterie. Alternativement, vous pouvez utiliser un module de support de batterie ou une batterie à onglets.

Un support de pile bouton

Source :Wikimedia Commons

Progrès dans la recherche sur les circuits imprimés en papier

Le domaine des circuits imprimés en papier n'est pas resté stagnant. Au fil des ans, la recherche a conduit à l'émergence d'un nano-papier de cellulose transparent et fonctionne de la même manière qu'un substrat de PCB flexible.

Le papier nano est né après la création du processus de métallisation au plasma. Ce processus convertit le document en circuits imprimés soudables et permet l'impression de mémoire sur papier en fixant des composants sur le substrat de cellulose.

Caractéristiques du papier des circuits imprimés en papier

Le papier est poreux et peut entraîner des problèmes lorsque l'encre conductrice s'infiltre et se segmente. Il y a aussi la question des processus de frittage, qui déstabilisent le papier.

Cependant, tous ces éléments sont devenus non problématiques après qu'une équipe de recherche a appliqué le dépôt physique en phase vapeur à toutes les étapes de fabrication.

Dépôt physique en phase vapeur (PVD)

Le PVD convertit les matériaux d'une phase condensée en phase vapeur et vice versa, créant un film fin et condensé au niveau atomique.

Le processus utilise soit un plasma gazeux, soit un vide à haute température pour la conversion. Il utilise ensuite les différences de pression pour déplacer la vapeur de la source basse pression vers le papier. La dernière étape consiste à laisser la vapeur se condenser sur le papier pour former le revêtement en film mince.

Le processus de dépôt physique en phase vapeur

Source :Wikimedia Commons

La couche de film mince est généralement un matériau conducteur solide, tel que l'oxyde d'aluminium, pour créer des dispositifs de mémoire stables et reproductibles avec d'excellentes propriétés électriques.

Métallisation au plasma

La métallisation au plasma donne également des résultats prometteurs car elle permet au papier de fonctionner comme un PCB. Il utilise une tête de pulvérisation à plasma pour fournir une pulvérisation à haute pression contenant du métal conducteur en poudre sur un matériau de base enduit de pâte d'argent.

Une fois que le métal recouvre le matériau de base, un jet de plasma chaud le fait fondre pour combiner les deux couches afin de créer un substrat hautement conducteur.

Les PCB en papier peuvent conduire à de nouvelles applications dans le futur

Même avec ces avancées dans les circuits de papier, des recherches sont toujours en cours pour améliorer cette technologie et la développer pour une production à grande échelle.

Pensez aux possibilités. Image comportant des circuits en papier 3D pliables et découpables à usage médical ou militaire. Il en va de même pour une utilisation industrielle avec des PCB biodégradables.

De toute évidence, le domaine des PCB en papier est très prometteur et des recherches supplémentaires ne feront que le rendre meilleur. Si vous souhaitez en savoir plus sur cette technologie, contactez-nous pour obtenir les conseils de notre équipe d'experts.