धुके-आधारित छपाई वक्र ३डी पृष्ठभागांवर थेट सर्किट्स बसवते

प्रिंटेड सर्किट बोर्ड सपाट असतो कारण सपाटपणा सोयीचा असतो. स्क्रीन-प्रिंट करणे, त्यावर घटक बसवणे आणि तो हाउसिंगमध्ये सहज बसवणे सोपे जाते. पण खऱ्या वस्तू क्वचितच इतक्या सहकार्य करतात. उपकरणांची आवरणे वक्र असतात, हेल्मेट अरुंद होत जातात, विमानाची बाह्य त्वचा वाकते, आणि वैद्यकीय उपकरणांना अशा शरीररचनेचा आकार घ्यावा लागतो ज्याशी कोणताही आयताकृती सब्सट्रेट जुळू शकत नाही. वक्र आणि त्रिमितीय पृष्ठभागांवर थेट इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्स तयार करण्याची पद्धत म्हणून वर्णन केलेली नवीन धुके-आधारित छपाई पद्धत याच विसंगतीवर थेट लक्ष्य करते.

यामागचे आकर्षण नवीन आकारांवरील सजावटी सर्किट्री नाही. तर एखाद्या वस्तूच्या पृष्ठभागालाच सर्किट बनवण्याची शक्यता हे आकर्षण आहे — आत बसवाव्या लागणाऱ्या सपाट बोर्डाभोवती उत्पादनाची रचना करण्याऐवजी, आधीपासून अस्तित्वात असलेल्या भूमितीवर वायरिंग, सेन्सर्स आणि अँटेना जमा करणे.

धुके-आधारित निक्षेपण कसे कार्य करते

स्क्रीनमधून शाई दाबण्याऐवजी किंवा सततच्या थेंबाच्या स्वरूपात बाहेर काढण्याऐवजी, धुके-आधारित पद्धती अत्यंत सूक्ष्म एरोसोलमध्ये विभागलेल्या द्रव शाईपासून सुरू होतात. परिणाम द्रवाच्या फवाऱ्यापेक्षा नियंत्रित धुक्यासारखा असतो: वाहक वायूत तरंगणाऱ्या सूक्ष्म थेंबांचा ढग.

त्यानंतर हे एरोसोल निक्षेपण हेडमधून मार्गदर्शित केले जाते, जिथे प्रवाहाला आकार दिला जातो आणि गती दिली जाते. थेंब अत्यंत लहान असल्याने आणि प्रवाहाला वायुगतिकीय पद्धतीने केंद्रित करता येत असल्याने, सामग्रीला पृष्ठभागावर दाबण्याऐवजी काही अंतरावरून लक्ष्य करता येते. वक्र आणि पायरीदार भूमितीसाठी हे अंतरच महत्त्वाचे आहे. प्रिंट हेड एखाद्या आराखड्याचा स्पर्श न करता त्याचा पाठलाग करू शकतो, आणि खालील पृष्ठभाग सपाट असणे आवश्यक नाही.

थेंबांपासून घन ट्रेसपर्यंत

धुके पृष्ठभागावर पोहोचल्यावर, थेंब एकत्र येऊन पातळ ओलसर रेषा तयार करतात. त्यानंतर क्युरिंग किंवा सिंटरिंगची पायरी — सामान्यतः उष्णता, कधीकधी प्रकाश — द्रावक बाहेर काढते आणि सामग्रीला वाहक मार्गात एकत्र करते. निक्षेपण आणि घट्टीकरण स्वतंत्र टप्पे असल्याने, प्रक्रिया सुनियंत्रित करता येते. अधिक फेऱ्या जाड, कमी प्रतिरोधाच्या रेषा तयार करतात; कमी फेऱ्या सूक्ष्म वैशिष्ट्ये निर्माण करतात. हाच लवचिकपणा एखाद्या पृष्ठभागावर मध्य-फेरीत कोन बदलणाऱ्या ठिकाणीही नमुना रेखाटण्याची परवानगी देतो.

बहु-सामग्रीची संधी

सामग्री स्थिर फिलामेंट किंवा स्क्रीन-निर्धारित स्टेन्सिलऐवजी एरोसोल स्वरूपात येत असल्याने, एकच साधन तत्त्वतः शाईंमध्ये बदल करू शकते. वाहक धातू वायरिंग तयार करतो, डायलेक्ट्रिक स्तरांमध्ये इन्सुलेशन पुरवतो, आणि प्रतिरोधक किंवा पायझोरेसिस्टिव्ह पेस्ट संवेदन घटक बनते. हे स्तर रचल्यास वक्रावरील वायरिंगपेक्षा अधिक मिळते: पृष्ठभागावरचूनच तयार झालेले अँटेना, कॅपेसिटर, स्ट्रेन गेज आणि इलेक्ट्रोड मिळतात.

ते संबोधित करणारी भूमिती समस्या

पारंपरिक छपाई वक्रतेशी संघर्ष करते कारण ती रासायनिक असण्यापूर्वीच भूमितीय आहे. स्क्रीन प्रिंटिंग सब्सट्रेटवर दाबलेल्या सपाट, ताणलेल्या जाळीवर अवलंबून असते; ती जाळी सिलिंडरभोवती गुंडाळली तर नोंदणी आणि ताण दोन्ही बिघडतात. इंकजेट आणि एक्सट्रूजन पद्धतींना नोझल आणि पृष्ठभाग यांमध्ये नियंत्रित अंतर लागते, आणि वक्र भागावर ते अंतर सतत बदलत असते — ज्यामुळे एकाच ट्रेसवर रेषेची रुंदी, जाडी आणि विद्युत प्रतिरोध बदलतो. पायऱ्या, खाचा किंवा संयुक्त वक्रता जोडली तर स्थिर कार्य अंतर राखणे हे सामग्रीचे जितके आव्हान आहे तितकेच गती-नियंत्रणाचेही आव्हान बनते.

संपर्क नसलेली धुके प्रक्रिया हा मर्यादा शिथिल करते, तथापि ती संपूर्णपणे दूर करत नाही. निक्षेपणाची गुणवत्ता अजूनही हेड आणि पृष्ठभाग यांमधील अंतर व कोनावर अवलंबून असते, आणि खोल खाचा किंवा सावलीचे भाग विश्वासार्हपणे गाठणे कठीणच राहते.

ही पद्धत कुठे वापरता येईल

• अंतराळ आणि संरक्षण: वक्र पॅनेल, रेडोम आणि अंतर्गत संरचनांवर छापलेले अँटेना, सेन्सर्स आणि तापन घटक, ज्यामुळे स्वतंत्र बोर्ड बसवण्यासोबत येणारे वजन आणि फास्टनरची संख्या टाळता येते.
• परिधानযোগ्य उपकरणे: कापड किंवा लवचिक पट्ट्यांवर जमा केलेले इलेक्ट्रोड आणि इंटरकनेक्ट्स, जे शरीराशी प्रतिकार करण्याऐवजी त्यासोबत वाकतात.
• वैद्यकीय उपकरणे: कॅथेटर, कृत्रिम अवयव आणि शस्त्रक्रिया उपकरणांवरील सेन्सर अॅरे, जिथे आकार उत्पादन सोयीऐवजी शरीररचनेने ठरवला जातो.
• ऑटोमोटिव्ह आणि औद्योगिक: वक्र संरचनात्मक घटकांवर ठेवलेले स्ट्रेन आणि तापमान सेन्सर्स, किंवा आकार दिलेल्या पृष्ठभागावर पसरलेले तापन घटक.
• ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स: वक्र केसिंग आणि डिस्प्लेमध्ये एकत्रित केलेले अँटेना आणि स्पर्श-संवेदन स्तर.

अजून काय सोडवावे लागेल

आशादायक निक्षेपण पद्धत आणि मोठ्या प्रमाणातील उत्पादन यांमधील अडथळे व्यावहारिक आणि अनेक आहेत. आसंजन हा पहिला: धातू, संयुक्त, पॉलिमर किंवा सिरेमिक असू शकणाऱ्या सब्सट्रेटवर ट्रेसला वाकणे, औष्णिक चक्र आणि हाताळणी टिकून राहावे लागते.

औष्णिक बजेट हा दुसरा. धातूच्या शाईंच्या सिंटरिंगसाठी अनेकदा अशी तापमाने लागतात जी अनेक प्लास्टिक, संयुक्त सामग्री आणि तयार अॅसेम्ब्ली सहन करू शकत नाहीत, त्यामुळे खालील भागाचे संरक्षण करण्यासाठी क्युरिंगची पायरी स्थानिक, लहान किंवा पुनर्रचित करावी लागू शकते.

मग ठराविक आणि थ्रूपुट यांमधील क्लासिक तणाव आहे. सूक्ष्म वैशिष्ट्ये आणि जाड वाहक स्तर एकमेकांच्या विरुद्ध दिशेने खेचतात, आणि बहु-फेरी निक्षेपणास वेळ लागतो. सपाट नसलेल्या पृष्ठभागांवर उत्पादन आणि तपासणी अधिक कठीणच: ऑप्टिकल तपासणी प्रणाली सपाट दृश्य क्षेत्रांभोवती तयार केलेल्या असतात, आणि वक्राभोवती गुंडाळलेल्या ट्रेसचे मोजमाप ही सोडवलेली समस्या नाही.

शेवटी, छापलेले वाहक क्वचितच प्रत्येक घटकाची जागा घेतात. चिप्स, कनेक्टर आणि वीज घटक अजूनही जोडावे लागतात, याचा अर्थ उद्योगाला वक्र, घटकांनी भरलेल्या पृष्ठभागांवर कार्य करणाऱ्या पिक-अँड-प्लेस आणि जोडणी तंत्रांचीही गरज आहे.

संरचना आणि सर्किट यांमधील लहान सीमा

सपाट बोर्ड नाहीसे होणार नाहीत. ते स्वस्त, सुस्थापित आणि प्रचंड उत्पादन परिसंस्थेद्वारे समर्थित आहेत. पण वस्तू आणि तिचे इलेक्ट्रॉनिक्स यांमधील रेषा मऊ होत आहे. अभियांत्रिकी आणि शरीररचना आधीच मागणी करत असलेल्या आकारांवर सर्किट्स जमा करता येत असतील, तर रचनाकारांना स्वातंत्र्याची नवीन पदवी मिळते: उत्पादनात बोर्ड कसा बसवायचा हे विचारण्याऐवजी, उत्पादनाचे कोणते भागच बोर्ड बनावेत हे ते विचारू शकतात.

धुके-आधारित पद्धत त्या परिणामाकडे नेणारा एक मार्ग आहे, आणि तिचा सर्वात मनोरंजक गुणधर्म कदाचित सर्वात कमी झगमगाटाचा असेल — तिला पृष्ठभाग सपाट असण्याची गरज नाही.

हा लेख Interesting Engineering च्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.