Circuito en Papel: Electrónica Flexible y Estética para Proyectos Artísticos

El método tradicional de hacer circuitos compactos usa placas de circuito impreso, pero estas piezas rígidas de fibra de vidrio no siempre son prácticas. Cuando trabajas en proyectos artísticos como tarjetas de felicitación, pinturas o dibujos, necesitas una estructura flexible para sostener los circuitos. Podrías estar pensando en usar un PCB flexible, pero estos son más complejos de construir comparados con los circuitos en papel, lo que los hace más costosos. Por lo tanto, el último es más ventajoso, y lo hemos analizado en detalle a continuación.

¿Qué es un Circuito en Papel?

Como su nombre sugiere, un circuito en papel es un circuito electrónico funcional construido sobre un trozo de papel. El elemento es único porque combina estética y funcionalidad para crear un proyecto de circuito en papel usando técnicas tradicionales de bellas artes.

Un circuito en papel con una pila de botón

Fuente: Wikimedia Commons

¿Cómo Hacer un Circuito en Papel?

Crear un circuito en papel requiere estos cuatro pasos.

Creando Trazas

Las trazas son los caminos o líneas que consisten en cobre para conectar componentes electrónicos y formar el circuito eléctrico. Los proyectos de circuitos en papel usan cinta, pintura o tinta para crear las trazas.

Trazas de Cinta de Cobre Conductiva

La cinta conductiva es una de las opciones más accesibles al desarrollar un circuito en papel. También permite soldar, lo cual es imposible con tinta o pintura.

Cobre conductivo usado en un circuito en papel

Fuente: Wikimedia Commons

La cinta de lámina de cobre es el tipo más comúnmente usado debido a su bajo costo. Puedes conseguirla en diferentes tamaños que van desde tan delgada como 5 mm hasta tan gruesa como 2 pulgadas.

Por otro lado, la cinta de tela consiste en cobre, cobalto y níquel, y su principal ventaja es la capacidad de soportar flexionado/doblado sin romperse.

Cinta textil conductiva

• Pela y pega la cinta presionándola sobre el papel donde quieras que vaya
• Deja espacios en la cinta para que los componentes se asienten (evita usar cinta continua entre componentes del circuito)
• Usa técnicas de doblado ordenado en esquinas o corta y suelda la cinta
• Al usar cinta de lámina de cobre, suelda o aplica cinta transparente en los terminales doblados para sujetar a la traza
• Para cinta de tela, aplica adhesivo conductivo o cose la unión usando hilo conductor

Trazas de Pintura Conductiva

Como la pintura regular, las pinturas conductoras ayudan a construir proyectos artísticos de circuitos en papel. La mayoría de la gente usa una botella exprimible o pincel para dibujar las trazas mientras las curvan y giran para vincular los componentes eléctricos. Independientemente de la cinta, deberías aplicarla usando estos pasos:

Pintura conductiva usada en una pared

Fuente: Flickr

Otra ventaja de usar pintura es que el material conductor puede pegar los componentes eléctricos a la traza. Sin embargo, pintar puede ensuciar y necesita mucho tiempo de secado. Aplicar la pintura requiere las siguientes instrucciones:

• Boceta las líneas de traza primero usando un marcador o lápiz
• Usa adhesivo para pegar los componentes al papel
• Para partes pequeñas, usa pinzas para colocación precisa
• Aplica pintura a lo largo de las trazas y sobre los pads/cables
• Deja que la pintura se seque antes de probar

Trazas de Tinta Conductiva

Las trazas de tinta conductiva generalmente vienen como bolígrafos de pintura eléctrica prellenados para simplificar el dibujo. Aunque la tinta tarda un período más corto en secar, fijar componentes es más complicado.

Circuito en papel con tinta conductiva

Los bolígrafos más comunes son circuit scribe y AgIC circuit maker. Para la aplicación, usa estas instrucciones:

• Usa un lápiz/plantilla para bocetar el circuito.
• Si usas una computadora para diseñar el circuito, deja contornos de relleno en lugar de líneas porque la tinta no se adhiere bien al tóner de impresora.
• Traza las líneas cuidadosamente usando el bolígrafo de pintura eléctrica.
• Crea pads/círculos grandes para componentes y líneas continuas entre los componentes electrónicos.
• Usa adhesivo conductivo, stickers de circuito o cinta para fijar los componentes electrónicos a las trazas de tinta.

Elección de Componentes

Después de crear las trazas, el siguiente paso es elegir los componentes necesarios en tu circuito, y esta selección depende del tipo de traza.

Componentes Through-Hole

Componentes con terminales largos como luces LED, resistencias, diodos, etc., caen en esta categoría.

Varios componentes through-hole en una placa de circuito

Fuente: Wikimedia Commons

Puedes doblar los terminales para crear más área de superficie para adherir a las trazas cuando uses:

• Cinta de tela
• Cinta de cobre
• Pintura eléctrica

Componentes Montados en Superficie

Trabajar con componentes SMD es complicado, pero su estructura de bajo perfil los hace ideales para sentarse plano en una superficie de papel en tarjetas lindas y otros proyectos de circuitos en papel.

Componentes montados en superficie en un PCB

Fuente: Wikimedia Commons

Puedes usar estas partes en:

• Pintura conductiva
• Cinta de cobre
• Tinta conductiva

Componentes LilyPad

Los componentes Lilypad son perfectos para circuitos en papel debido a su diseño de bajo perfil con pads grandes.

Un componente lilypad

Fuente: Wikimedia Commons

Puedes usarlos con:

• Cinta de tela
• Cinta de cobre

Stickers de Circuito Chibitronics

Estos stickers cuentan con pegamento conductivo, lo que los hace perfectos para pegar en un trozo de papel.

Stickers de circuito Chibitronics

Fuente: Flickr

Aunque son bastante caros, puedes usar stickers de pintura conductiva, cinta de cobre o cinta de tela.

Módulos Circuit Scribe

Los módulos Circuit scribe son magnéticos y necesitan una hoja de metal detrás de la superficie del papel para conectar las trazas y módulos temporalmente.

Haciendo Conexiones

Después de crear las trazas y elegir componentes, el siguiente paso es conectarlos. Hay cinco formas de hacer esto. Puedes:

Soldar

Funciona solo en cinta de cobre sobre la cual puedes soldar stickers de circuito, THT, SMD y componentes LilyPad.

Cinta Transparente

Puedes usar cinta transparente para adherir componentes THT o SMD a la cinta de cobre.

Cinta Eje Z

La cinta eje Z es una cinta doble cara sensible a la presión ideal para usar con componentes que tienen grandes áreas de superficie para conexión, cinta de cobre y tinta conductiva en áreas amplias.

Pintura Conductiva

Las pinturas conductoras crean uniones de soldadura en frío que se secan para adherir componentes. Puedes usarlas con componentes THT y SMD en superficies no flexibles.

Adhesivo Conductivo/Epoxi

Esta opción es cara, necesita un tiempo de secado prolongado, y algunos adhesivos requieren curado por calor. Pero funciona con casi todos los componentes y trazas. Estos incluyen:

• Tinta conductiva
• Cinta de cobre
• Componentes THT, SMD y LilyPad

Alimentando tu Proyecto

El último paso es alimentar tu proyecto usando una pila de botón. La parte complicada es adherir la pila al circuito, creando un portapilas. Alternativamente, puedes usar un módulo portapilas o una pila con pestañas.

Un portapilas de botón

Fuente: Wikimedia Commons

Avances en la Investigación de Placas de Circuito en Papel

El campo de las placas de circuito en papel no ha permanecido estancado. A lo largo de los años, la investigación ha llevado a la aparición de nanopapel de celulosa transparente y funciona de manera similar a un sustrato de PCB flexible.

El nanopapel surgió después de la creación del proceso de metalización por plasma. Este proceso convierte el documento en placas de circuito soldables y permite la impresión de memoria en papel al adherir componentes en el sustrato de celulosa.

Características del Papel en Placas de Circuito en Papel

El papel es poroso y puede llevar a problemas cuando la tinta conductiva se filtra y se segmenta. También está el problema de los procesos de sinterización, que desestabilizan el papel.

Sin embargo, todo esto se convirtió en no-problemas después de que un equipo de investigación aplicara deposición física de vapor en todos los pasos de fabricación.

Deposición Física de Vapor (PVD)

PVD convierte materiales de una fase condensada a fase de vapor y viceversa, creando una película delgada condensada a nivel atómico.

El proceso usa إما plasma gaseoso o un vacío de alta temperatura para la conversión. Luego utiliza las diferencias de presión para mover el vapor desde la fuente de baja presión al papel. El último paso es dejar que el vapor se condense en el papel para formar el recubrimiento de película delgada.

El proceso de deposición física de vapor

Fuente: Wikimedia Commons

El recubrimiento de película delgada suele ser un material conductor sólido, como óxido de aluminio, para crear dispositivos de memoria estables y reproducibles con excelentes propiedades eléctricas.

Metalización por Plasma

La metalización por plasma también ofrece resultados prometedores porque permite que el papel funcione como un PCB. Usa un cabezal de pulverización de plasma para proporcionar un chorro a alta presión que contiene metal conductor en polvo a un material base recubierto con pasta de plata.

Después de que el metal recubre el material base, un chorro de plasma caliente lo funde para combinar las dos capas y crear un sustrato altamente conductor.

PCB de Papel Puede Llevar a Nuevas Aplicaciones en el Futuro

Incluso con estos avances en circuitos en papel, la investigación sigue en curso para mejorar esta tecnología y desarrollarla para producción a gran escala.

Piensa en las posibilidades. Imagina tener circuitos de papel plegables, recortables, 3D para uso médico o militar. Lo mismo aplica para uso industrial con PCB biodegradables.

Claramente, el campo de los PCB de papel muestra gran promesa, y la investigación adicional solo lo hará mejor. Si quieres aprender más sobre esta tecnología, contáctanos para obtener insights de nuestro equipo de expertos.