紙の回路:芸術的なプロジェクトのための柔軟で美しい電気回路

コンパクトな回路を作成する従来の方法では、プリント回路基板を使用しますが、これらの硬質ファイバーグラス片は常に実用的ではありません。グリーティング カード、絵画、スケッチなどの芸術的なプロジェクトに取り組む場合、回路を保持するための柔軟な構造が必要です。フレックス PCB の使用を考えているかもしれませんが、これらは紙の回路に比べて構築が複雑であり、コストが高くなります。したがって、後者の方が有利であり、以下で詳しく見ていきます。

ペーパー サーキットとは

名前が示すように、紙回路は一枚の紙の上に構築された機能する電子回路です。このアイテムは、伝統的な美術技法を使用して紙回路プロジェクトを作成するために美学と機能性を兼ね備えているため、ユニークです.

コイン電池を使った紙回路

出典:ウィキメディア コモンズ

紙回路の作り方

紙の回路を作成するには、次の 4 つの手順が必要です。

トレースの作成

トレースは、電子部品を接続して電気回路を形成するための銅で構成される経路またはラインです。紙回路プロジェクトでは、テープ、塗料、またはインクを使用してトレースを作成します。

導電性銅テープ トレース

導電性テープは、紙回路を開発する際に最も利用しやすいオプションの 1 つです。また、インクや塗料では不可能なはんだ付けも可能です。

紙回路で使用される導電性銅

出典:ウィキメディア コモンズ

銅箔テープは、安価なため最も一般的に使用されているタイプです。 5 mm の薄さから 2 インチの厚さまで、さまざまなサイズで入手できます。

一方、布テープは銅、コバルト、ニッケルで構成されており、その主な利点は、曲げたり曲げたりしても壊れないことです。

導電性テキスタイル テープ

• テープをはがして、紙の貼り付けたい場所に押し付けて貼り付けます
• コンポーネントが収まるようにテープにスペースを残します (回路コンポーネント間に連続したテープを使用しないでください)
• 角をきれいに折り畳むか、テープをカットしてはんだ付けします
• 銅箔テープを使用する場合は、トレースを保持するために曲がったリードにはんだ付けするか、透明なテープを貼り付けてください
• 布テープの場合は、導電性接着剤を塗布するか、導電性糸素材を使用して接合部を縫います

導電性塗料の痕跡

通常の塗装と同様に、導電性塗料は芸術的な紙回路プロジェクトの構築に役立ちます。ほとんどの人はスクイーズ ボトルまたはブラシを使用してトレースを描き、それらを曲げたり渦巻かせたりして電気部品を接続します。テープに関係なく、次の手順に従って貼り付けてください:

壁に使用される導電性塗料

ソース:Flickr

塗料を使用するもう 1 つの利点は、導電性材料が電気部品をトレースに接着できることです。ただし、塗装は汚れる可能性があり、多くの乾燥時間が必要です。ペイントを適用するには、次の手順が必要です:

• 最初にマーカーまたは鉛筆を使用してトレース ラインをスケッチします
• 接着剤を使用してコンポーネントを紙に貼り付けます
• 小さなパーツの場合は、ピンセットを使用して正確に配置してください
• トレースに沿って、パッド/ワイヤの上にペイントを適用します
• テストする前に絵の具を乾かします

導電性インク トレース

導電性インク トレースは、通常、描画を簡素化するために事前に充填された電気ペイント ペンとして提供されます。インクが乾くまでの時間は短くなりますが、コンポーネントの固定はより複雑になります。

導電性インク紙回路

最も一般的なペンは、サーキット スクライブと AgIC サーキット メーカーです。アプリケーションについては、次の手順を使用してください:

• 鉛筆/ステンシルを使って回路をスケッチします。
• コンピューターを使用して回路を設計する場合は、インクがプリンターのトナーにうまく付着しないため、線ではなく塗りつぶしの輪郭を残してください。
• 電動ペイント ペンを使って注意深く線をなぞってください。
• コンポーネント用に大きなパッド/円を作成し、電子コンポーネント間に連続した線を作成する
• 導電性接着剤、回路ステッカー、またはテープを使用して、電子部品をインク トレースに固定します。

コンポーネントの選択

トレースを作成したら、次のステップは、回路に必要なコンポーネントを選択することです。この選択は、トレースのタイプによって異なります。

スルーホール コンポーネント

LED ライト、抵抗器、ダイオードなどの長いリードを持つコンポーネントは、このカテゴリに分類されます。

回路基板上の複数のスルーホール コンポーネント

出典:ウィキメディア コモンズ

以下を使用する場合、リードを曲げてより多くの表面積を作成し、トレースに取り付けることができます:

• 布テープ
• 銅テープ
• 電気塗料

表面実装コンポーネント

SMD コンポーネントを扱うのは難しいですが、その薄型構造により、かわいいカードやその他の紙の回路プロジェクトの紙面に平らに置くのに理想的です。

PCB 上の表面実装コンポーネント

出典:ウィキメディア コモンズ

これらのパーツは以下で使用できます:

• 導電塗料
• 銅テープ
• 導電性インク

LilyPad コンポーネント

Lilypad コンポーネントは、大きなパッドを備えた薄型設計であるため、紙回路に最適です。

lilypad コンポーネント

出典:ウィキメディア コモンズ

以下で使用できます:

• 布テープ
• 銅テープ

チビトロニクス サーキット ステッカー

これらのステッカーは導電性の接着剤を使用しているため、紙に貼り付けるのに最適です。

チビトロニクス回路ステッカー

ソース:Flickr

かなり高価ですが、導電塗料、銅テープ、または布テープ ステッカーを使用できます。

回路スクライブ モジュール

回路スクライブ モジュールは磁気を帯びており、トレースとモジュールを一時的に接続するために、紙の表面の後ろに金属シートが必要です。

つながりを作る

トレースを作成してコンポーネントを選択したら、次のステップはそれらを接続することです。これには 5 つの方法があります。次のことができます:

はんだ

回路ステッカー、THT、SMD、および LilyPad コンポーネントをはんだ付けできる銅テープでのみ機能します。

透明テープ

透明テープを使用して、THT または SMD コンポーネントを銅テープに取り付けることができます。

Z 軸テープ

Z 軸テープは感圧性の両面テープで、接続用の表面積が大きいコンポーネント、銅テープ、広い領域の導電性インクでの使用に最適です。

導電性塗料

導電性塗料は、コンポーネントを取り付けるために乾燥する低温はんだ接合を作成します。柔軟性のない表面で THT および SMD コンポーネントと一緒に使用できます。

導電性接着剤/エポキシ

このオプションは高価で、乾燥時間を延長する必要があり、一部の接着剤では熱硬化が必要です。しかし、ほとんどすべてのコンポーネントとトレースで機能します。これらには以下が含まれます:

• 導電性インク
• 銅テープ
• THT、SMD、および LilyPad コンポーネント

プロジェクトの強化

最後のステップは、コイン型電池を使用してプロジェクトに電力を供給することです。トリッキーな部分は、バッテリーを回路に取り付けて、バッテリーホルダーを作成することです.または、電池ホルダー モジュールまたはタブ付き電池を使用することもできます。

コイン電池ホルダー

出典:ウィキメディア コモンズ

紙回路基板研究の進歩

紙回路基板の分野は停滞していません。長年にわたる研究により、透明なセルロース ナノ ペーパーが出現し、フレックス PCB 基板と同様に機能します。

ナノペーパーは、プラズマメタライゼーションプロセスの作成後に生まれました。このプロセスは、ドキュメントをはんだ付け可能な回路基板に変換し、セルロース基板にコンポーネントを取り付けることで紙にメモリを印刷できるようにします。

紙回路基板の紙の特性

紙は多孔質で、導電性インクが浸透して分断されると問題が発生する可能性があります。また、紙を不安定にする焼結プロセスの問題もあります。

しかし、研究チームがすべての製造工程で物理蒸着を適用した後、これらはすべて問題ではなくなりました。

物理蒸着 (PVD)

PVD は、物質を凝縮相から気相に、またはその逆に変換し、原子レベルで薄い凝縮膜を作成します。

このプロセスでは、ガスプラズマまたは高温真空を変換に使用します。次に、圧力差を利用して、蒸気を低圧源から紙に移動させます。最後のステップは、蒸気を紙に凝縮させて薄膜コーティングを形成することです.

物理蒸着プロセス

出典:ウィキメディア コモンズ

薄膜コーティングは通常、酸化アルミニウムなどの固体導電性材料であり、優れた電気的特性を備えた安定した再現可能なメモリデバイスを作成します。

プラズマ メタライゼーション

プラズマ メタライゼーションは、紙が PCB として機能することを可能にするため、有望な結果ももたらします。プラズマ スプレー ヘッドを使用して、粉末状の導電性金属を含む高圧スプレーを、銀ペーストでコーティングされた基材に提供します。

金属が基材をコーティングした後、高温のプラズマ ジェットで基材を溶かして 2 つの層を結合し、導電性の高い基材を作成します。

紙 PCB は将来的に新しい用途につながる可能性があります

紙回路のこれらの進歩にもかかわらず、この技術を強化し、大規模生産用に開発するための研究はまだ進行中です.

可能性を考えてください。医療用または軍事用の折り畳み式、トリミング可能な 3D ペーパー回路を備えた画像。同じことが生分解性 PCB の産業用途にも当てはまります。

明らかに、紙の PCB の分野は大きな可能性を示しており、今後の研究によってさらに良くなるでしょう。このテクノロジーについて詳しく知りたい場合は、お問い合わせください。当社の専門家チームから洞察を得てください。