प्रिंटेड सर्किट बोर्ड फ्लैट होता है क्योंकि फ्लैट होना सुविधाजनक है। इसे स्क्रीन-प्रिंट करना आसान है, कंपोनेंट्स से भरना आसान है और हाउसिंग में फिट करना आसान है। असली वस्तुएँ शायद ही कभी इतनी सहयोगी होती हैं। डिवाइस एन्क्लोज़र मुड़ते हैं, हेलमेट पतले होते जाते हैं, विमान की सतहें झुकती हैं, और चिकित्सा उपकरणों को ऐसी एनाटॉमी का पालन करना पड़ता है जिससे कोई आयताकार सब्सट्रेट मेल नहीं खा सकता। एक नई मिस्ट-आधारित प्रिंटिंग विधि, जिसे इलेक्ट्रॉनिक सर्किट को सीधे घुमावदार और त्रि-आयामी सतहों पर बनाने के तरीके के रूप में वर्णित किया गया है, ठीक इसी असंगति को लक्षित करती है।
इसका आकर्षण नवीन आकृतियों पर सजावटी सर्किट्री नहीं है। यह किसी वस्तु की सतह को ही सर्किट में बदल देने की संभावना है — वायरिंग, सेंसर और एंटेना को उस ज्यामिति पर जमा करना जो पहले से मौजूद है, बजाय इसके कि किसी उत्पाद को उस फ्लैट बोर्ड के इर्द-गिर्द डिज़ाइन किया जाए जिसे उसके अंदर फिट होना है।
मिस्ट-आधारित डिपोज़िशन कैसे काम करता है
स्क्रीन के माध्यम से स्याही दबाने या उसे एक सतत बूँद के रूप में बाहर निकालने के बजाय, मिस्ट-आधारित तरीके एक तरल स्याही से शुरू होते हैं जिसे अत्यंत सूक्ष्म एरोसोल में तोड़ा जाता है। परिणाम तरल की धारा की तुलना में एक नियंत्रित कोहरे के अधिक करीब होता है: वाहक गैस में निलंबित सूक्ष्म बूँदों का एक बादल।
फिर उस एरोसोल को एक डिपोज़िशन हेड के माध्यम से निर्देशित किया जाता है, जहाँ प्रवाह को आकार दिया और तेज़ किया जाता है। चूँकि बूँदें बहुत छोटी होती हैं और धारा को वायुगतिकीय रूप से केंद्रित किया जा सकता है, सामग्री को सतह पर दबाने के बजाय एक स्टैंडऑफ दूरी से निशाना बनाया जा सकता है। यही स्टैंडऑफ घुमावदार और सीढ़ीनुमा ज्यामिति की कुंजी है। प्रिंट हेड किसी समोच्च का अनुसरण बिना उसे छुए कर सकता है, और नीचे की सतह को फ्लैट होने की आवश्यकता नहीं होती।
बूँदों से ठोस ट्रेस तक
एक बार मिस्ट के जमने पर, बूँदें मिलकर एक पतली गीली रेखा बना लेती हैं। इसके बाद एक क्योरिंग या सिंटरिंग चरण — आमतौर पर ऊष्मा, कभी-कभी प्रकाश — विलायक को हटाता है और सामग्री को एक प्रवाहकीय पथ में संलयित करता है। चूँकि डिपोज़िशन और समेकन अलग-अलग चरण हैं, प्रक्रिया को ट्यून किया जा सकता है। अतिरिक्त पास मोटी, कम-प्रतिरोध वाली रेखाएँ बनाते हैं; कम पास बारीक विशेषताएँ उत्पन्न करते हैं। यही लचीलापन किसी ऐसी सतह पर पैटर्न बिछाने की अनुमति देता है जो पास के बीच में कोण बदलती है।
मल्टी-मटेरियल का अवसर
चूँकि सामग्री एक निश्चित फिलामेंट या स्क्रीन-निर्धारित स्टेंसिल के बजाय एरोसोल के रूप में आती है, एक ही उपकरण सिद्धांत रूप में स्याहियों के बीच स्विच कर सकता है। एक प्रवाहकीय धातु वायरिंग बनाती है, एक डाइइलेक्ट्रिक परतों के बीच इन्सुलेशन प्रदान करता है, और एक प्रतिरोधक या पीज़ोरेसिस्टिव पेस्ट एक संवेदन तत्व बन जाता है। इन परतों को एक के ऊपर एक रखने से घुमाव पर सिर्फ वायरिंग नहीं मिलती: इससे एंटेना, कैपेसिटर, स्ट्रेन गेज और इलेक्ट्रोड बनते हैं जो सतह से ही विकसित होते हैं।
यह जिस ज्यामिति समस्या का समाधान करता है
पारंपरिक प्रिंटिंग वक्रता से ऐसे कारणों से जूझती है जो रासायनिक होने से पहले ज्यामितीय हैं। स्क्रीन प्रिंटिंग एक फ्लैट, तनावयुक्त जाली पर निर्भर करती है जिसे सब्सट्रेट पर दबाया जाता है; उस जाली को सिलेंडर के चारों ओर लपेटें तो रजिस्ट्रेशन और तनाव दोनों खराब हो जाते हैं। इंकजेट और एक्सट्रूज़न विधियों को नोज़ल और सतह के बीच एक नियंत्रित अंतराल चाहिए, और घुमावदार हिस्से पर वह अंतराल लगातार बदलता रहता है — जिससे एक ही ट्रेस के साथ-साथ रेखा की चौड़ाई, मोटाई और विद्युत प्रतिरोध बदल जाता है। इसमें सीढ़ियाँ, गड्ढे या संयुक्त वक्रता जोड़ें, तो स्थिर कार्यशील दूरी बनाए रखना सामग्री की उतनी ही चुनौती है जितनी मोशन-कंट्रोल की।
एक गैर-संपर्क मिस्ट प्रक्रिया उस बाधा को ढीला करती है, हालाँकि इसे पूरी तरह समाप्त नहीं करती। डिपॉज़िट की गुणवत्ता अब भी हेड और सतह के बीच की दूरी और कोण पर निर्भर करती है, और गहराई से धँसे या छाया वाले क्षेत्रों तक विश्वसनीय रूप से पहुँचना अब भी कठिन है।
इस दृष्टिकोण को कहाँ लागू किया जा सकता है
- एयरोस्पेस और रक्षा: घुमावदार पैनलों, रेडोम और आंतरिक संरचनाओं पर मुद्रित एंटेना, सेंसर और हीटिंग तत्व, जिससे अलग बोर्ड लगाने से जुड़े वजन और फास्टनरों की संख्या से बचा जा सके।
- वियरेबल्स: कपड़ों या लचीले बैंडों पर जमा इलेक्ट्रोड और इंटरकनेक्ट जो शरीर के साथ मुड़ते हैं, उसका विरोध नहीं करते।
- चिकित्सा उपकरण: कैथेटर, प्रोस्थेटिक्स और सर्जिकल उपकरणों पर सेंसर एरे, जहाँ आकार निर्माण की सुविधा के बजाय एनाटॉमी तय करती है।
- ऑटोमोटिव और औद्योगिक: घुमावदार संरचनात्मक घटकों पर लगाए गए स्ट्रेन और तापमान सेंसर, या आकार वाली सतह पर फैले हीटिंग तत्व।
- उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स: घुमावदार केसिंग और डिस्प्ले में एकीकृत एंटेना और टच-सेंसिंग परतें।
अभी क्या हल करना बाकी है
एक आशाजनक डिपोज़िशन विधि और बड़े पैमाने पर निर्माण के बीच की बाधाएँ व्यावहारिक और अनेक हैं। आसंजन पहली है: एक ट्रेस को ऐसे सब्सट्रेट पर मुड़ने, तापीय चक्र और हैंडलिंग को सहना होता है जो धातु, कंपोज़िट, पॉलिमर या सिरेमिक हो सकता है।
तापीय बजट दूसरा है। धात्विक स्याहियों के सिंटरिंग के लिए अक्सर ऐसे तापमान चाहिए जिन्हें कई प्लास्टिक, कंपोज़िट और तैयार असेंबली सहन नहीं कर सकतीं, इसलिए क्योरिंग चरण को स्थानीयकृत, छोटा या पुनर्निर्मित करना पड़ सकता है ताकि नीचे का हिस्सा सुरक्षित रहे।
फिर रेज़ोल्यूशन और थ्रूपुट के बीच की पुरानी तनाव-स्थिति है। बारीक विशेषताएँ और मोटी प्रवाहकीय परतें विपरीत दिशाओं में खींचती हैं, और मल्टी-पास डिपोज़िशन में समय लगता है। गैर-समतल सतहों पर यील्ड और निरीक्षण और भी कठिन है: ऑप्टिकल निरीक्षण प्रणालियाँ फ्लैट फील्ड-ऑफ-व्यू के इर्द-गिर्द बनी होती हैं, और घुमाव के चारों ओर लिपटे ट्रेस को मापना कोई हल की गई समस्या नहीं है।
अंत में, मुद्रित कंडक्टर शायद ही हर कंपोनेंट की जगह लेते हैं। चिप्स, कनेक्टर और पावर कंपोनेंट्स को अब भी जोड़ना पड़ता है, जिसका अर्थ है कि उद्योग को ऐसी पिक-एंड-प्लेस और जॉइनिंग तकनीकों की भी आवश्यकता है जो घुमावदार, भरे हुए सतहों पर काम करें।
संरचना और सर्किट के बीच एक छोटी सीमा
फ्लैट बोर्ड गायब नहीं होंगे। वे सस्ते हैं, अच्छी तरह समझे जाते हैं और एक विशाल निर्माण पारिस्थितिकी तंत्र द्वारा समर्थित हैं। लेकिन वस्तु और उसके इलेक्ट्रॉनिक्स के बीच की रेखा धुंधली हो रही है। यदि सर्किट उन आकृतियों पर जमा किए जा सकें जिनकी माँग इंजीनियरिंग और एनाटॉमी पहले से करती हैं, तो डिज़ाइनरों को स्वतंत्रता की एक नई डिग्री मिलती है: किसी उत्पाद में बोर्ड को कैसे फिट करें, यह पूछने के बजाय वे पूछ सकते हैं कि उत्पाद के कौन-से हिस्से ही बोर्ड बन जाने चाहिए।
मिस्ट-आधारित विधि उस परिणाम की ओर एक मार्ग है, और इसका सबसे दिलचस्प गुण शायद सबसे कम चमकदार है — इसे सतह के फ्लैट होने की आवश्यकता नहीं है।
यह लेख Interesting Engineering की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।
Originally published on interestingengineering.com
