Papierschaltung:Eine flexible, ästhetische elektrische Schaltung für künstlerische Projekte

Das traditionelle Verfahren zur Herstellung kompakter Schaltungen verwendet gedruckte Leiterplatten, aber diese starren Glasfaserstücke sind nicht immer praktisch. Wenn Sie an künstlerischen Projekten wie Grußkarten, Gemälden oder Zeichnungen arbeiten, benötigen Sie eine flexible Struktur, um die Schaltkreise zu halten. Sie denken vielleicht an die Verwendung einer Flex-Leiterplatte, aber diese sind im Vergleich zu den Papierschaltungen komplexer zu bauen, was sie teurer macht. Letzteres ist also vorteilhafter, und wir haben es uns weiter unten genauer angesehen.

Was ist ein Papierkreislauf?

Wie der Name schon sagt, ist ein Papierschaltkreis ein funktionierender elektronischer Schaltkreis, der auf einem Stück Papier aufgebaut ist. Der Artikel ist einzigartig, weil er Ästhetik und Funktionalität kombiniert, um ein Papierschaltungsprojekt mit traditionellen Kunsttechniken zu erstellen.

Eine Papierschaltung mit einer Knopfbatterie

Quelle:Wikimedia Commons

Wie erstelle ich einen Papierschaltkreis?

Das Erstellen einer Papierschaltung erfordert diese vier Schritte.

Erstellen von Spuren

Leiterbahnen sind die aus Kupfer bestehenden Wege oder Leitungen zum Verbinden elektronischer Komponenten zum Bilden des Stromkreises. Papierschaltkreisprojekte verwenden Klebeband, Farbe oder Tinte, um die Spuren zu erstellen.

Leitfähige Kupferbandspuren

Leitfähiges Klebeband ist eine der am besten zugänglichen Optionen bei der Entwicklung einer Papierschaltung. Es ermöglicht auch das Löten, was mit Tinte oder Farbe unmöglich ist.

Leitfähiges Kupfer, das in einer Papierschaltung verwendet wird

Quelle:Wikimedia Commons

Kupferfolienband ist aufgrund seiner geringen Kosten die am häufigsten verwendete Art. Sie sind in verschiedenen Größen erhältlich, von 5 mm dünn bis zu 2 Zoll dick.

Andererseits besteht Gewebeklebeband aus Kupfer, Kobalt und Nickel, und sein Hauptvorteil ist die Fähigkeit, Biegen/Biegen standzuhalten, ohne zu brechen.

Leitfähiges Textilband

• Schälen und kleben Sie das Klebeband, indem Sie es an der gewünschten Stelle auf das Papier drücken
• Lassen Sie Platz im Klebeband, damit die Komponenten sitzen können (vermeiden Sie die Verwendung von durchgehendem Klebeband zwischen den Schaltungskomponenten)
• Verwenden Sie saubere Falttechniken um Ecken oder schneiden und löten Sie das Klebeband
• Wenn Sie Kupferfolienband verwenden, löten Sie die gebogenen Leitungen oder bringen Sie durchsichtiges Klebeband an, um sie an der Leiterbahn zu halten
• Bei Gewebeband Leitkleber auftragen oder die Verbindung mit leitfähigem Fadenmaterial vernähen

Leitfähige Farbspuren

Wie normales Malen helfen leitfähige Farben beim Erstellen künstlerischer Papierschaltungsprojekte. Die meisten Leute verwenden eine Quetschflasche oder einen Pinsel, um die Spuren zu zeichnen, während sie sie krümmen und wirbeln, um die elektrischen Komponenten zu verbinden. Unabhängig vom Klebeband sollten Sie es folgendermaßen anbringen:

Leitfähige Wandfarbe

Quelle:Flickr

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Farbe besteht darin, dass das leitfähige Material die elektrischen Komponenten auf die Leiterbahn kleben kann. Das Malen kann jedoch unordentlich werden und benötigt viel Trocknungszeit. Das Auftragen der Farbe erfordert die folgenden Anweisungen:

• Skizzieren Sie zuerst die Spurlinien mit einem Marker oder Bleistift
• Verwenden Sie Klebstoff, um die Komponenten auf das Papier zu kleben
• Verwenden Sie für kleine Teile eine Pinzette für eine genaue Platzierung
• Tragen Sie Farbe entlang der Spuren und über den Pads/Drähten auf
• Lassen Sie die Farbe vor dem Testen trocknen

Leittintenspuren

Leitfähige Tintenspuren werden normalerweise als vorgefüllte elektrische Farbstifte geliefert, um das Zeichnen zu vereinfachen. Obwohl die Tinte weniger Zeit zum Trocknen benötigt, ist das Fixieren der Komponenten komplizierter.

Leitpapier-Schaltkreis

Die gebräuchlichsten Stifte sind Circuit Scriber und AgIC Circuit Maker. Verwenden Sie für die Anwendung diese Anweisungen:

• Verwenden Sie einen Bleistift/eine Schablone, um die Schaltung zu skizzieren.
• Wenn Sie einen Computer zum Entwerfen der Schaltung verwenden, lassen Sie Füllumrisse anstelle von Linien, da die Tinte nicht gut auf dem Druckertoner haftet.
• Verfolgen Sie die Linien sorgfältig mit dem elektrischen Malstift.
• Erstellen Sie große Pads/Kreise für Komponenten und durchgehende Linien zwischen den elektronischen Komponenten.
• Verwenden Sie Leitkleber, Schaltkreisaufkleber oder Klebeband, um die elektronischen Komponenten an den Tintenspuren zu befestigen.

Komponenten auswählen

Nach dem Erstellen der Leiterbahnen besteht der nächste Schritt darin, die in Ihrer Schaltung benötigten Komponenten auszuwählen, und diese Auswahl hängt von der Art der Leiterbahn ab.

Durchgangslochkomponenten

Komponenten mit langen Leitungen wie LED-Leuchten, Widerstände, Dioden usw. fallen in diese Kategorie.

Mehrere durchkontaktierte Komponenten auf einer Leiterplatte

Quelle:Wikimedia Commons

Sie können die Leitungen biegen, um mehr Oberfläche zum Anbringen an den Leiterbahnen zu schaffen, wenn Sie Folgendes verwenden:

• Gewebeband
• Kupferband
• Elektrische Farbe

Oberflächenmontierte Komponenten

Die Arbeit mit SMD-Komponenten ist schwierig, aber ihre flache Struktur macht sie ideal, um flach auf einer Papieroberfläche auf niedlichen Karten und anderen Papierschaltkreisprojekten zu sitzen.

Oberflächenmontierte Komponenten auf einer Leiterplatte

Quelle:Wikimedia Commons

Sie können diese Teile verwenden auf:

• Leitfähige Farbe
• Kupferband
• Leitfähige Tinte

LilyPad-Komponenten

Lilypad-Komponenten eignen sich aufgrund ihres flachen Designs mit großen Pads perfekt für Papierschaltkreise.

Eine Lilypad-Komponente

Quelle:Wikimedia Commons

Sie können sie verwenden mit:

• Gewebeband
• Kupferband

Chibitronics-Schaltkreis-Aufkleber

Diese Aufkleber sind mit leitfähigem Klebstoff versehen, wodurch sie sich perfekt zum Aufkleben auf ein Blatt Papier eignen.

Chibitronics-Schaltkreisaufkleber

Quelle:Flickr

Obwohl sie ziemlich teuer sind, können Sie leitfähige Farbe, Kupferband oder Gewebebandaufkleber verwenden.

Circuit Scribe-Module

Circuit Scribe-Module sind magnetisch und benötigen eine Metallfolie hinter der Papieroberfläche, um die Leiterbahnen und Module vorübergehend zu verbinden.

Verbindungen herstellen

Nach dem Erstellen der Leiterbahnen und dem Kommissionieren von Komponenten besteht der nächste Schritt darin, sie zu verbinden. Es gibt fünf Möglichkeiten, dies zu tun. Sie können:

Löten

Funktioniert nur auf Kupferband, auf das Sie Schaltungsaufkleber, THT-, SMD- und LilyPad-Komponenten löten können.

Klebeband entfernen

Sie können THT- oder SMD-Komponenten mit durchsichtigem Klebeband auf dem Kupferband befestigen.

Z-Achsenband

Das Z-Achsen-Klebeband ist ein druckempfindliches, doppelseitiges Klebeband, das sich ideal für die Verwendung mit Komponenten mit großen Verbindungsflächen, Kupferband und leitfähiger Tinte in breiten Bereichen eignet.

Leitfähige Farbe

Leitfähige Lacke erzeugen kalte Lötstellen, die austrocknen, um Komponenten zu befestigen. Sie können sie mit THT- und SMD-Bauteilen auf nicht flexiblen Oberflächen verwenden.

Leitkleber/Epoxid

Diese Option ist teuer, erfordert eine längere Trocknungszeit, und einige Klebstoffe erfordern eine Thermofixierung. Aber es funktioniert mit fast allen Komponenten und Leiterbahnen. Dazu gehören:

• Leitfähige Tinte
• Kupferband
• THT-, SMD- und LilyPad-Komponenten

Powering your project

Der letzte Schritt besteht darin, Ihr Projekt mit einer Knopfzellenbatterie zu betreiben. Der knifflige Teil ist das Anbringen der Batterie an der Schaltung, wodurch ein Batteriehalter entsteht. Alternativ können Sie ein Batteriehaltermodul oder eine Laschenbatterie verwenden.

Ein Knopfzellenbatteriehalter

Quelle:Wikimedia Commons

Fortschritte in der Papierleiterplattenforschung

Der Bereich der Papierleiterplatten ist nicht stagniert. Im Laufe der Jahre hat die Forschung zur Entstehung von transparentem Zellulose-Nanopapier geführt, das ähnlich wie ein flexibles PCB-Substrat funktioniert.

Nanopapier entstand nach der Entwicklung des Plasmametallisierungsprozesses. Dieser Prozess wandelt Dokumente in lötbare Leiterplatten um und ermöglicht das Drucken von Speichern auf Papier, indem Komponenten auf dem Zellulosesubstrat angebracht werden.

Papiereigenschaften von Papierleiterplatten

Papier ist porös und kann zu Problemen führen, wenn die leitfähige Tinte durchsickert und segmentiert wird. Es gibt auch das Problem von Sinterprozessen, die Papier destabilisieren.

All dies wurde jedoch zu keinem Problem, nachdem ein Forschungsteam bei allen Herstellungsschritten physikalische Gasphasenabscheidung angewendet hatte.

Physikalische Dampfabscheidung (PVD)

PVD wandelt Materialien von einer kondensierten in eine Dampfphase und umgekehrt um und erzeugt einen dünnen, kondensierten Film auf atomarer Ebene.

Das Verfahren nutzt für die Umwandlung entweder gasförmiges Plasma oder ein Hochtemperaturvakuum. Anschließend nutzt es die Druckunterschiede, um den Dampf von der Niederdruckquelle zum Papier zu befördern. Der letzte Schritt besteht darin, den Dampf auf dem Papier kondensieren zu lassen, um die dünne Filmbeschichtung zu bilden.

Das physikalische Gasphasenabscheidungsverfahren

Quelle:Wikimedia Commons

Die Dünnfilmbeschichtung ist normalerweise ein festes leitfähiges Material, wie beispielsweise Aluminiumoxid, um stabile und reproduzierbare Speichervorrichtungen mit hervorragenden elektrischen Eigenschaften zu schaffen.

Plasmametallisierung

Auch die Plasmametallisierung liefert vielversprechende Ergebnisse, weil sie es dem Papier ermöglicht, als Leiterplatte zu fungieren. Es verwendet einen Plasmasprühkopf, um einen Hochdrucksprühstrahl mit leitfähigem Metallpulver auf ein mit Silberpaste beschichtetes Grundmaterial aufzubringen.

Nachdem das Metall das Grundmaterial beschichtet hat, schmilzt es ein heißer Plasmastrahl, um die beiden Schichten zu kombinieren und ein hochleitfähiges Substrat zu schaffen.

Papier-PCB kann in Zukunft zu neuen Anwendungen führen

Trotz dieser Fortschritte bei Papierschaltkreisen wird weiter geforscht, um diese Technologie zu verbessern und für die Massenproduktion zu entwickeln.

Denken Sie an die Möglichkeiten. Bild mit faltbaren, zuschneidbaren 3D-Papierschaltkreisen für medizinische oder militärische Zwecke. Gleiches gilt für den industriellen Einsatz mit biologisch abbaubaren PCBs.

Das Gebiet der Papier-Leiterplatten ist eindeutig vielversprechend, und weitere Forschung wird es nur besser machen. Wenn Sie mehr über diese Technologie erfahren möchten, kontaktieren Sie uns, um Einblicke von unserem Expertenteam zu erhalten.