Circuit sur Papier : Électronique Flexible et Esthétique pour Projets Artistiques

La méthode traditionnelle de fabrication de circuits compacts utilise des circuits imprimés, mais ces pièces rigides en fibre de verre ne sont pas toujours pratiques. Quand on travaille sur des projets artistiques comme des cartes de vœux, des peintures ou des dessins, vous avez besoin d'une structure flexible pour tenir les circuits. Vous pourriez penser à utiliser un PCB flexible, mais ceux-ci sont plus complexes à construire comparés aux circuits sur papier, les rendant plus coûteux. Ainsi, ce dernier est plus avantageux, et nous l'avons examiné en détail ci-dessous.

Qu'est-ce qu'un Circuit sur Papier ?

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

Un circuit sur papier avec une pile bouton

Source : Wikimedia Commons

Comment Fabriquer un Circuit sur Papier ?

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

Création des Pistes

Les pistes sont les chemins ou lignes constituées de cuivre pour connecter les composants électroniques et former le circuit électrique. Les projets de circuit sur papier utilisent du ruban, de la peinture ou de l'encre pour créer les pistes.

Pistes en Ruban Cuivre Conducteur

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

Cuivre conducteur utilisé dans un circuit sur papier

Source : Wikimedia Commons

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

D'autre part, le ruban en tissu consiste en cuivre, cobalt et nickel, et son avantage principal est la capacité de résister au flexion/pliage sans se casser.

Ruban textile conducteur

• Décollez et collez le ruban en le pressant sur le papier où vous voulez qu'il aille
• Laissez des espaces dans le ruban pour que les composants s'assoient (évitez d'utiliser du ruban continu entre les composants du circuit)
• Utilisez des techniques de pliage propres autour des coins ou coupez et soudez le ruban
• Lors de l'utilisation de ruban en feuille de cuivre, soudez ou appliquez du ruban transparent sur les pattes pliées pour les maintenir à la piste
• Pour le ruban en tissu, appliquez de l'adhésif conducteur ou cousez la jonction en utilisant un matériau de fil conducteur

Pistes en Peinture Conductrice

Comme la peinture régulière, les peintures conductrices aident à construire des projets artistiques de circuit sur papier. La plupart des gens utilisent une bouteille pressante ou un pinceau pour dessiner les pistes en les courbant et les tourbillonnant pour lier les composants électriques. Quel que soit le ruban, vous devriez l'appliquer en utilisant 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 piste. Cependant, la peinture peut devenir salissante et a besoin de beaucoup de temps de séchage. L'application de la peinture nécessite les instructions suivantes :

• Esquissez d'abord les lignes de piste en utilisant un marqueur ou crayon
• Utilisez de l'adhésif pour coller les composants au papier
• Pour les petites pièces, utilisez une pince à épiler pour un placement précis
• Appliquez de la peinture le long des pistes et sur les pastilles/fils
• Laissez la peinture sécher avant de tester

Pistes en Encre Conductrice

Les pistes en encre conductrice viennent généralement comme des stylos de peinture électrique pré-remplis pour simplifier le dessin. Bien que l'encre prenne une période plus courte pour sécher, fixer les composants est plus compliqué.

Circuit sur papier en encre conductrice

Les stylos les plus courants sont circuit scribe et AgIC circuit maker. Pour l'application, utilisez ces instructions :

• Utilisez un crayon/pochoir pour esquisser le circuit.
• Si vous utilisez un ordinateur pour concevoir le circuit, laissez des contours de remplissage au lieu de lignes car l'encre ne colle pas bien sur le toner d'imprimante.
• Tracez les lignes soigneusement en utilisant le stylo de peinture électrique.
• Créez de grandes pastilles/cercles pour les composants et des lignes continues entre les composants électroniques.
• Utilisez de l'adhésif conducteur, des autocollants de circuit, ou du ruban pour fixer les composants électroniques aux pistes d'encre.

Choix des Composants

Après la création des pistes, l'étape suivante est de choisir les composants nécessaires dans votre circuit, et cette sélection dépend du type de piste.

Composants Traversants

Les composants avec de longues pattes comme les LED, résistances, diodes, etc., tombent dans cette catégorie.

Plusieurs composants traversants sur une carte de circuit

Source : Wikimedia Commons

Vous pouvez plier les pattes pour créer plus de surface pour attacher aux pistes lors de l'utilisation de :

• Ruban en tissu
• Ruban en cuivre
• Peinture électrique

Composants CMS

Travailler avec des composants CMS est délicat, mais leur structure à profil bas les rend idéaux pour s'asseoir à plat sur une surface de papier sur de jolies cartes et d'autres projets de circuit sur papier.

Composants CMS sur un PCB

Source : Wikimedia Commons

Vous pouvez utiliser ces pièces sur :

• Peinture conductrice
• Ruban en cuivre
• Encre conductrice

Composants LilyPad

Les composants Lilypad sont parfaits pour les circuits sur papier en raison de leur conception à profil bas avec de grandes pastilles.

Un composant lilypad

Source : Wikimedia Commons

Vous pouvez les utiliser avec :

• Ruban en tissu
• Ruban en cuivre

Autocollants de Circuit Chibitronics

Ces autocollants comportent de la colle conductrice, les rendant parfaits pour coller sur un morceau de papier.

Autocollants de circuit Chibitronics

Source : Flickr

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

Modules Circuit Scribe

Les modules Circuit Scribe sont magnétiques et ont besoin d'une feuille de métal derrière la surface du papier pour connecter les pistes et modules temporairement.

Réalisation des Connexions

Après la création des pistes et le choix des composants, l'étape suivante est de les connecter. Il y a cinq façons de faire cela. Vous pouvez :

Soudure

Fonctionne seulement sur le ruban en cuivre sur lequel vous pouvez souder des autocollants de circuit, THT, CMS et composants LilyPad.

Ruban Transparent

Vous pouvez utiliser du ruban transparent pour attacher des composants THT ou CMS au ruban en cuivre.

Ruban Z-Axis

Le ruban Z-axis est un ruban double-face sensible à la pression qui est idéal à utiliser avec des composants ayant de grandes surfaces pour la connexion, ruban en cuivre, et encre conductrice dans de larges zones.

Peinture Conductrice

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

Adhésif Conducteur/Époxy

Cette option est chère, a besoin d'un temps de séchage prolongé, et certains adhésifs nécessitent un réglage thermique. Mais cela fonctionne avec presque tous les composants et pistes. Ceux-ci incluent :

• Encre conductrice
• Ruban en cuivre
• Composants THT, CMS et LilyPad

Alimentation de Votre Projet

La dernière étape est d'alimenter votre projet en utilisant une pile bouton. La partie délicate est d'attacher la pile au circuit, créant un support de pile. Alternativement, vous pouvez utiliser un module support de pile ou une pile à languettes.

Un support de pile bouton

Source : Wikimedia Commons

Avancées dans la Recherche sur les Circuits Imprimés sur Papier

Le domaine des circuits imprimés sur papier n'est pas resté stagnant. Au fil des ans, la recherche a conduit à l'émergence de nanopapier de cellulose transparent et fonctionne de manière similaire à un substrat de PCB flexible.

Le nanopapier est apparu après la création du processus de métallisation par plasma. Ce processus convertit le document en circuits imprimés soudables et permet l'impression de mémoire sur papier en attachant des composants sur le substrat de cellulose.

Caractéristiques du Papier des Circuits Imprimés sur Papier

Le papier est poreux et peut mener à des problèmes quand l'encre conductrice sip à travers et devient segmentée. Il y a aussi le problème des processus de frittage, qui déstabilisent le papier.

Cependant, tout cela est devenu sans problème après qu'une équipe de recherche a appliqué la déposition physique en phase vapeur dans toutes les étapes de fabrication.

Déposition Physique en Phase Vapeur (PVD)

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

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

Le processus de déposition physique en phase vapeur

Source : Wikimedia Commons

Le revêtement 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 par Plasma

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

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

Le PCB sur Papier Peut Mener à de Nouvelles Applications dans le Futur

Même avec ces avancées dans les circuits sur papier, la recherche est encore en cours pour améliorer cette technologie et la développer pour la production à grande échelle.

Pensez aux possibilités. Imaginez avoir des circuits sur papier pliables, découpables, 3D pour usage médical ou militaire. La même chose s'applique à l'utilisation industrielle avec des PCB biodégradables.

Clairement, le domaine des PCB sur papier montre une grande promesse, et la recherche supplémentaire ne fera que l'améliorer. Si vous voulez en apprendre plus sur cette technologie, contactez-nous pour obtenir des informations de notre équipe d'experts.