Circuito em Papel: Eletrônica Flexível e Estética para Projetos Artísticos

O método tradicional de fazer circuitos compactos usa placas de circuito impresso, mas estas peças rígidas de fibra de vidro nem sempre são práticas. Quando trabalhando em projetos artísticos como cartões de saudação, pinturas ou desenhos, você precisa de uma estrutura flexível para manter os circuitos. Você pode estar pensando em usar um PCB flex, mas estes são mais complexos de construir comparados aos circuitos em papel, tornando-os mais caros. Assim, o último é mais vantajoso, e o analisamos em detalhes abaixo.

O que é um Circuito em Papel?

Como o nome sugere, um circuito em papel é um circuito eletrônico funcional construído em um pedaço de papel. O item é único porque combina estética e funcionalidade para criar um projeto de circuito em papel usando técnicas tradicionais de belas artes.

Um circuito em papel com bateria de moeda

Fonte: Wikimedia Commons

Como Fazer um Circuito em Papel?

Criar um circuito em papel requer estes quatro passos.

Criando Trilhas

Trilhas são os caminhos ou linhas consistindo de cobre para conectar componentes eletrônicos e formar o circuito elétrico. Projetos de circuito em papel usam fita, tinta ou tinta condutiva para criar as trilhas.

Trilhas com Fita de Cobre Condutiva

Fita condutiva é uma das opções mais acessíveis ao desenvolver um circuito em papel. Também permite soldagem, o que é impossível com tinta ou tinta condutiva.

Cobre condutivo usado em circuito em papel

Fonte: Wikimedia Commons

Fita de folha de cobre é o tipo mais comumente usado devido ao seu baixo custo. Você pode obtê-la em diferentes tamanhos variando de tão fino quanto 5 mm a tão grosso quanto 2 polegadas.

Por outro lado, fita de tecido consiste de cobre, cobalto e níquel, e sua principal vantagem é a capacidade de suportar flexão/dobramento sem quebrar.

Fita têxtil condutiva

• Descasque e cole a fita pressionando-a no papel onde você quer que ela vá
• Deixe espaços na fita para os componentes se sentarem (evite usar fita contínua entre componentes do circuito)
• Use técnicas de dobra organizadas em cantos ou corte e solde a fita
• Ao usar fita de folha de cobre, solde ou aplique fita transparente nos terminais dobrados para prender ao traço
• Para fita de tecido, aplique adesivo condutivo ou costure a junção usando material de linha condutiva

Trilhas com Tinta Condutiva

Como pintura regular, tintas condutivas ajudam a construir projetos artísticos de circuito em papel. A maioria das pessoas usa um frasco de apertar ou pincel para desenhar as trilhas enquanto as curva e gira para ligar os componentes elétricos. Independentemente da fita, você deve aplicá-la usando estes passos:

Tinta condutiva usada em uma parede

Fonte: Flickr

Outra vantagem de usar tinta é que o material condutivo pode colar os componentes elétricos ao traço. No entanto, pintar pode ficar bagunçado e precisa de muito tempo de secagem. Aplicar a tinta requer as seguintes instruções:

• Esboce as linhas de traço primeiro usando um marcador ou lápis
• Use adesivo para colar os componentes ao papel
• Para peças pequenas, use pinças para colocação precisa
• Aplique tinta ao longo dos traços e sobre os pads/fios
• Deixe a tinta secar antes de testar

Trilhas com Tinta Condutiva (Ink)

Trilhas de tinta condutiva geralmente vêm como canetas de tinta elétrica pré-preenchidas para simplificar o desenho. Embora a tinta leve um período menor para secar, fixar componentes é mais complicado.

Circuito em papel com tinta condutiva

As canetas mais comuns são circuit scribe e AgIC circuit maker. Para aplicação, use estas instruções:

• Use lápis/stencil para esboçar o circuito.
• Se usando computador para projetar o circuito, deixe contornos de preenchimento em vez de linhas porque a tinta não adere bem em toner de impressora.
• Trace as linhas cuidadosamente usando a caneta de tinta elétrica.
• Crie pads/círculos grandes para componentes e linhas contínuas entre os componentes eletrônicos.
• Use adesivo condutivo, circuit stickers ou fita para fixar os componentes eletrônicos aos traços de tinta.

Escolhendo Componentes

Após criar as trilhas, o próximo passo é escolher os componentes necessários no seu circuito, e esta seleção depende do tipo de traço.

Componentes Through-Hole

Componentes com terminais longos como LEDs, resistores, diodos, etc., se enquadram nesta categoria.

Vários componentes through-hole em uma placa de circuito

Fonte: Wikimedia Commons

Você pode dobrar os terminais para criar mais área de superfície para anexar aos traços quando usando:

• Fita de tecido
• Fita de cobre
• Tinta elétrica

Componentes Montados em Superfície

Trabalhar com componentes SMD é complicado, mas sua estrutura de baixo perfil os torna ideais para sentar planos em uma superfície de papel em cartões fofos e outros projetos de circuito em papel.

Componentes surface-mount em um PCB

Fonte: Wikimedia Commons

Você pode usar estas peças em:

• Tinta condutiva
• Fita de cobre
• Tinta condutiva (ink)

Componentes LilyPad

Componentes Lilypad são perfeitos para circuitos em papel devido ao seu design de baixo perfil com pads grandes.

Um componente lilypad

Fonte: Wikimedia Commons

Você pode usá-los com:

• Fita de tecido
• Fita de cobre

Adesivos de Circuito Chibitronics

Estes adesivos apresentam cola condutiva, tornando-os perfeitos para colar em um pedaço de papel.

Adesivos de circuito Chibitronics

Fonte: Flickr

Embora sejam bastante caros, você pode usar adesivos de tinta condutiva, fita de cobre ou fita de tecido.

Módulos Circuit Scribe

Módulos Circuit scribe são magnéticos e precisam de uma folha de metal atrás da superfície do papel para conectar os traços e módulos temporariamente.

Fazendo Conexões

Após criar as trilhas e escolher componentes, o próximo passo é conectá-los. Existem cinco maneiras de fazer isso. Você pode:

Solda

Funciona apenas em fita de cobre na qual você pode soldar circuit stickers, THT, SMD e componentes LilyPad.

Fita Transparente

Você pode usar fita transparente para anexar componentes THT ou SMD à fita de cobre.

Fita Eixo-Z

Fita eixo-z é uma fita dupla-face sensível à pressão ideal para usar com componentes que têm grandes áreas de superfície para conexão, fita de cobre e tinta condutiva em áreas amplas.

Tinta Condutiva

Tintas condutivas criam juntas de solda frias que secam para anexar componentes. Você pode usá-las com componentes THT e SMD em superfícies não flexíveis.

Adesivo Condutivo/Epóxi

Esta opção é cara, precisa de tempo de secagem prolongado, e alguns adesivos requerem cura térmica. Mas funciona com quase todos os componentes e traços. Estes incluem:

• Tinta condutiva (ink)
• Fita de cobre
• Componentes THT, SMD e LilyPad

Alimentando Seu Projeto

O último passo é alimentar seu projeto usando uma bateria de moeda. A parte complicada é anexar a bateria ao circuito, criando um suporte de bateria. Alternativamente, você pode usar um módulo suporte de bateria ou uma bateria com abas.

Um suporte de bateria de moeda

Fonte: Wikimedia Commons

Avanços na Pesquisa de Placas de Circuito em Papel

O campo de placas de circuito em papel não permaneceu estagnado. Ao longo dos anos, a pesquisa levou ao surgimento de nanocelulose transparente e funciona similarmente a um substrato de PCB flex.

Nanopapel surgiu após a criação do processo de metalização a plasma. Este processo converte documento em placas de circuito soldáveis e permite a impressão de memória em papel anexando componentes no substrato de celulose.

Características do Papel de Placas de Circuito em Papel

O papel é poroso e pode levar a problemas quando a tinta condutiva penetra e se torna segmentada. Há também a questão de processos de sinterização, que desestabilizam o papel.

No entanto, todos estes se tornaram não-problemas após uma equipe de pesquisa aplicar deposição física de vapor em todas as etapas de fabricação.

Deposição Física de Vapor (PVD)

PVD converte materiais de uma fase condensada para fase de vapor e vice-versa, criando um filme fino condensado no nível atômico.

O processo usa plasma gasoso ou vácuo de alta temperatura para a conversão. Então utiliza diferenças de pressão para mover o vapor da fonte de baixa pressão para o papel. O último passo é deixar o vapor condensar no papel para formar o revestimento de filme fino.

O processo de deposição física de vapor

Fonte: Wikimedia Commons

O revestimento de filme fino é geralmente um material condutivo sólido, como óxido de alumínio, para criar dispositivos de memória estáveis e reproduzíveis com excelentes propriedades elétricas.

Metalização a Plasma

Metalização a plasma também entrega resultados promissores porque permite que o papel funcione como um PCB. Usa uma cabeça de spray de plasma para fornecer um spray de alta pressão contendo metal condutivo em pó para um material base revestido com pasta de prata.

Após o metal revestir o material base, um jato de plasma quente derrete para combinar as duas camadas criando um substrato altamente condutivo.

PCB de Papel Pode Levar a Novas Aplicações no Futuro

Mesmo com estes avanços em circuitos em papel, a pesquisa ainda está em andamento para aprimorar esta tecnologia e desenvolvê-la para produção em larga escala.

Pense nas possibilidades. Imagine ter circuitos de papel dobráveis, aparáveis, 3D para uso médico ou militar. O mesmo se aplica a uso industrial com PCBs biodegradáveis.

Claramente, o campo de PCBs de papel mostra grande promessa, e mais pesquisa só o tornará melhor. Se você quer aprender mais sobre esta tecnologia, entre em contato conosco para obter insights de nossa equipe de especialistas.