Papier-Schaltkreis-Die traditionelle Methode zur Herstellung kompakter Schaltkreise 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, die die Schaltkreise hält. Sie könnten eine flexible Leiterplatte verwenden, aber diese sind im Vergleich zu den Papierschaltungen komplizierter zu bauen, was sie teurer macht. Daher ist letztere vorteilhafter, und wir haben sie uns im Folgenden genauer angesehen.
Papier-Schaltkreis:Was ist ein Papierschaltkreis?
Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei einem Papierschaltkreis um einen funktionierenden elektronischen Schaltkreis, der auf einem Stück Papier aufgebaut ist. Dieser Artikel ist einzigartig, weil er Ästhetik und Funktionalität kombiniert, um ein Papierschaltkreisprojekt mit traditionellen Kunsttechniken zu erstellen.
Ein Papierschaltkreis mit einer Münzbatterie
Quelle: Wikimedia Commons
Wie macht man einen Papierschaltkreis?
Die Herstellung eines Papierschaltkreises erfordert diese vier Schritte.
Papier-Schaltkreis:Leiterbahnen erstellen
Leiterbahnen sind die aus Kupfer bestehenden Pfade oder Linien, die die elektronischen Komponenten miteinander verbinden und so den Stromkreis bilden. Für Papierschaltungen werden Klebeband, Farbe oder Tinte verwendet, um die Leiterbahnen zu erstellen.
Leitfähiges Kupferband – Leiterbahnen
Leitfähiges Klebeband ist eine der am leichtesten zugänglichen Optionen bei der Entwicklung einer Papierschaltung. Außerdem kann man damit löten, was mit Tinte oder Farbe nicht möglich ist.
Leitfähiges Kupfer in einer Papierschaltung
Quelle: Wikimedia Commons
Kupferfolienband ist aufgrund seiner geringen Kosten die am häufigsten verwendete Art. Es ist in verschiedenen Größen erhältlich, die von 5 mm bis zu einer Dicke von 2 Zoll reichen.
Gewebeband hingegen besteht aus Kupfer, Kobalt und Nickel, und sein Hauptvorteil besteht darin, dass es sich biegen und biegen lässt, ohne zu brechen.
Leitfähiges Textilband
Ziehen Sie das Band ab und kleben Sie es auf das Papier, wo Sie es haben möchten.
Lassen Sie im Klebeband Platz für die Komponenten (vermeiden Sie die Verwendung von durchgehendem Klebeband zwischen Schaltkreiskomponenten)
Verwenden Sie saubere Falttechniken um Ecken herum oder schneiden Sie das Band ab und löten Sie es
Wenn Sie Kupferfolienband verwenden, löten Sie oder kleben Sie durchsichtiges Klebeband auf die gebogenen Leitungen, um sie an der Leiterbahn zu halten.
Tragen Sie bei Gewebeband leitfähigen Klebstoff auf oder nähen Sie die Verbindung mit einem leitfähigen Fadenmaterial.
Papier-Schaltkreis:Leitfähige Lackspuren
Wie beim normalen Malen helfen leitfähige Farben bei der Herstellung künstlerischer Papierschaltungen. Die meisten Leute verwenden eine Sprühflasche oder einen Pinsel, um die Leiterbahnen zu zeichnen und sie zu biegen und zu verwirbeln, um die elektrischen Komponenten zu verbinden. Unabhängig von der Art des Klebebands sollten Sie die folgenden Schritte befolgen:
Leitende Farbe auf einer Wand
Quelle: Flickr
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Farbe ist, dass das leitfähige Material die elektrischen Komponenten mit der Leiterbahn verkleben kann. Das Auftragen der Farbe kann jedoch schmutzig werden und benötigt eine lange Trocknungszeit. Für das Auftragen der Farbe sind folgende Anweisungen erforderlich:
Skizzieren Sie zunächst die Leiterbahnen mit einem Marker oder Bleistift.
Verwenden Sie Klebstoff, um die Bauteile auf das Papier zu kleben.
Verwenden Sie bei kleinen Teilen eine Pinzette, um sie genau zu platzieren.
Tragen Sie die Farbe entlang der Leiterbahnen und auf die Pads/Drähte auf.
Lassen Sie die Farbe vor dem Testen trocknen.
Papier-Schaltkreis:Leitfähige Tintenspuren
Leiterbahnen aus leitfähiger Tinte werden in der Regel als vorgefüllte elektrische Lackstifte geliefert, um das Zeichnen zu vereinfachen. Obwohl die Tinte schneller trocknet, ist das Anbringen der Bauteile komplizierter.
Stromkreis aus leitfähigem Tintenpapier
Die gebräuchlichsten Stifte sind Circuit Scribe und AgIC Circuit Maker. Beachten Sie bei der Anwendung die folgenden Hinweise:
Skizzieren Sie die Schaltung mit einem Bleistift/Schablone.
Wenn Sie die Schaltung am Computer entwerfen, sollten Sie keine Linien, sondern nur Umrisse zeichnen, da die Tinte nicht gut auf dem Druckertoner haftet.
Zeichnen Sie die Linien sorgfältig mit dem elektrischen Lackstift nach.
Erstelle große Flächen/Kreise für die Bauteile und durchgehende Linien zwischen den elektronischen Bauteilen.
Befestigen Sie die elektronischen Bauteile mit leitfähigem Klebstoff, Schaltkreisaufklebern oder Klebeband an den Farbspuren.
Auswahl der Bauteile
Nachdem du die Leiterbahnen erstellt hast, wählst du als Nächstes die Bauteile aus, die du für deine Schaltung benötigst. Die Auswahl hängt von der Art der Leiterbahn ab.
Papier-Schaltkreis:Durchkontaktierte Bauteile
Bauteile mit langen Leitungen wie LED-Leuchten, Widerstände, Dioden usw. fallen in diese Kategorie.
Mehrere durchkontaktierte Bauteile auf einer Leiterplatte
Quelle: Wikimedia Commons
Sie können die Anschlussdrähte biegen, um eine größere Oberfläche für die Befestigung an den Leiterbahnen zu schaffen, wenn Sie diese verwenden:
Gewebeband
Kupferband
Elektrische Farbe
Papier-Schaltkreis:Oberflächenmontierte Bauteile
Die Arbeit mit SMD-Bauteilen ist knifflig, aber ihre flache Struktur macht sie ideal für den flachen Sitz auf einer Papieroberfläche auf niedlichen Karten und anderen Papierschaltkreisprojekten.
Oberflächenmontierte Bauteile auf einer Leiterplatte
Quelle: Wikimedia Commons
Sie können diese Bauteile auf verwenden:
Leitende Farbe
Kupferband
Leitfähige Tinte
Papier-Schaltkreis:LilyPad-Komponenten
Lilypad-Bauteile eignen sich aufgrund ihres flachen Designs mit großen Pads perfekt für Papierschaltungen.
Ein LilyPad-Bauteil
Quelle: Wikimedia Commons
Sie können sie verwenden mit:
Gewebeband
Kupferband
Papier-Schaltkreis:Chibitronics Schaltkreis-Aufkleber
Diese Aufkleber sind mit einem leitfähigen Kleber versehen und eignen sich daher perfekt zum Aufkleben auf ein Stück Papier.
Chibitronics Schaltkreis-Aufkleber
Quelle: Flickr
Obwohl sie ziemlich teuer sind, kannst du auch leitfähige Farbe, Kupferband oder Stoffbandaufkleber verwenden.
Module zum Anreißen von Schaltkreisen
Circuit Scribe Module sind magnetisch und benötigen eine Metallplatte hinter der Papieroberfläche, um die Leiterbahnen und Module vorübergehend zu verbinden.
Papier-Schaltkreis:Verbindungen herstellen
Nachdem Sie die Leiterbahnen erstellt und die Komponenten ausgewählt haben, müssen Sie diese miteinander verbinden. Es gibt fünf Möglichkeiten, dies zu tun. Sie können:
Löten
Funktioniert nur auf Kupferband, auf das Sie Schaltkreisaufkleber, THT-, SMD- und LilyPad-Bauteile löten können.
Klares Klebeband
Sie können durchsichtiges Klebeband verwenden, um THT- oder SMD-Komponenten auf dem Kupferband zu befestigen.
Z-Achsen-Band
Z-Achsen-Klebeband ist ein druckempfindliches, doppelseitiges Klebeband, das sich ideal für Komponenten mit großen Anschlussflächen, Kupferband und leitfähiger Farbe in großen Bereichen eignet.
Leitfähige Farbe
Leitfähige Farben erzeugen kalte Lötstellen, die zur Befestigung von Bauteilen auftrocknen. Sie können mit THT- und SMD-Bauteilen auf nicht flexiblen Oberflächen verwendet werden.
Leitfähiger Klebstoff/Epoxid
Diese Option ist teuer, benötigt eine längere Trocknungszeit, und einige Klebstoffe müssen durch Wärme ausgehärtet werden. Aber sie funktioniert mit fast allen Bauteilen und Leiterbahnen. Dazu gehören:
Leitfähige Tinte
Kupferband
THT-, SMD- und LilyPad-Bauteile
Papier-Schaltkreis:Stromversorgung für Ihr Projekt
Der letzte Schritt besteht darin, Ihr Projekt mit einer Knopfzelle zu betreiben. Der knifflige Teil besteht darin, die Batterie an der Schaltung zu befestigen und einen Batteriehalter zu erstellen. Alternativ können Sie auch ein Batteriehaltemodul oder eine Batterie mit Laschen verwenden.
Ein Knopfzellenbatteriehalter
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Fortschritte in der Forschung über Papierleiterplatten
Der Bereich der Papierleiterplatten ist nicht stehen geblieben. Im Laufe der Jahre hat die Forschung zum Aufkommen von transparentem Zellulose-Nanopapier geführt, das ähnlich wie ein flexibles Leiterplattensubstrat funktioniert.
Das Nanopapier entstand nach der Entwicklung des Plasmametallisierungsverfahrens. Mit diesem Verfahren werden Dokumente in lötbare Leiterplatten umgewandelt und Speicher auf Papier gedruckt, indem Komponenten auf dem Zellulosesubstrat angebracht werden.
Papier-Schaltkreis:Papier Merkmale von Papierleiterplatten
Papier ist porös und kann zu Problemen führen, wenn die leitende Tinte durchschlägt und segmentiert wird. Außerdem gibt es das Problem der Sinterung, die das Papier destabilisiert.
All diese Probleme konnten jedoch gelöst werden, nachdem ein Forschungsteam die physikalische Gasphasenabscheidung in allen Herstellungsschritten einsetzte.
Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD)
PVD wandelt Materialien von einer kondensierten in eine Dampfphase um und umgekehrt, wodurch ein dünner, kondensierter Film auf atomarer Ebene entsteht.
Das Verfahren verwendet entweder ein Gasplasma oder ein Hochtemperaturvakuum für die Umwandlung. Anschließend werden die Druckunterschiede genutzt, um den Dampf von der Niederdruckquelle auf das Papier zu bringen. Der letzte Schritt besteht darin, den Dampf auf dem Papier kondensieren zu lassen, um die Dünnschichtbeschichtung zu bilden.
Das Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung
Quelle: Wikimedia Commons
Die Dünnschicht ist in der Regel ein festes, leitfähiges Material, wie z. B. Aluminiumoxid, um stabile und reproduzierbare Speicherbausteine mit hervorragenden elektrischen Eigenschaften herzustellen.
Papier-Schaltkreis:Plasma-Metallisierung
Die Plasmametallisierung liefert ebenfalls vielversprechende Ergebnisse, da sie das Papier in die Lage versetzt, wie eine Leiterplatte zu funktionieren. Dabei wird ein Plasmasprühkopf verwendet, um ein mit Silberpaste beschichtetes Basismaterial mit einem Hochdruckspray, das leitfähiges Metallpulver enthält, zu versehen.
Nachdem das Metall das Basismaterial beschichtet hat, wird es durch einen heißen Plasmastrahl geschmolzen, um die beiden Schichten zu einem hochleitfähigen Substrat zu verbinden.
Papier-Leiterplatten können in Zukunft zu neuen Anwendungen führen
Trotz dieser Fortschritte bei den Papierschaltungen wird weiter geforscht, um diese Technologie zu verbessern und sie für die Massenproduktion zu entwickeln.
Stellen Sie sich die Möglichkeiten vor. Stellen Sie sich faltbare, trimmbare 3D-Papierschaltungen für medizinische oder militärische Zwecke vor. Das Gleiche gilt für die industrielle Nutzung von biologisch abbaubaren Leiterplatten.
Es ist klar, dass der Bereich der Papierleiterplatten sehr vielversprechend ist, und weitere Forschung wird ihn nur noch besser machen. Wenn Sie mehr über diese Technologie erfahren möchten, nehmen Sie Kontakt mit uns auf und lassen Sie sich von unserem Expertenteam beraten.
