Un nuevo método allana el camino para la electrónica flexible y flexible

Un nuevo método para crear conexiones eléctricas suaves y flexibles alrededor y a través de capas de circuitos podría allanar el camino para la robótica blanda avanzada, dispositivos portátiles y más.

Si un teléfono u otro dispositivo electrónico estuviera hecho de materiales blandos, ¿cómo cambia esto su uso? ¿Sería más duradero? Si los equipos de vigilancia de la salud de los hospitales estuvieran fabricados con componentes menos rígidos, ¿sería más fácil de usar para los pacientes?

Si bien la electrónica de ese tipo aún puede estar en un futuro lejano, los investigadores han desarrollado un método innovador para construir los componentes electrónicos blandos que la componen.

El foco de un proyecto del equipo de Michael Bartlett, investigador principal y profesor asociado en el departamento de ingeniería mecánica de Virginia Tech, está en los circuitos que gestionan todas las conexiones electrónicas del interior.

Publicado en Naturaleza electrónicaEsta nueva técnica utiliza microgotas de metal líquido para crear una estructura similar a una escalera que forma pequeños pasajes conductores llamados vías. Estas vías crean conexiones eléctricas a través de capas de circuitos y a lo largo de ellos sin necesidad de perforar agujeros en el hardware, como hacían las técnicas anteriores.

«Esto nos acerca a posibilidades interesantes, como la robótica blanda avanzada, los dispositivos portátiles y la electrónica que pueden estirarse, doblarse y girar manteniendo una alta funcionalidad», dice Bartlett.

Investigaciones anteriores sobre circuitos blandos desarrolladas por el equipo de Bartlett reemplazan materiales inflexibles con compuestos electrónicos blandos y pequeñas gotas de metal líquido que conducen la electricidad. Estos dispositivos electrónicos blandos son parte de un campo tecnológico que emerge rápidamente y que brinda a los dispositivos un nuevo nivel de durabilidad.

En este proyecto, los investigadores abordaron el problema de las placas de circuitos impresos blandas, en particular el paso de corrientes eléctricas entre las capas apiladas unas sobre otras. Esto es importante para hacer un buen uso de la corriente eléctrica en el espacio reducido que ocupan las placas de circuito.

Mientras que la electrónica rígida convencional utiliza técnicas bien establecidas para crear vías, que son esenciales para fabricar la electrónica multicapa que es común hoy en día, a menudo requieren perforar agujeros a través de una placa de circuito, lo que funciona cuando se utilizan materiales rígidos para conectar esas capas. En un material flexible donde un agujero perforado se puede abrir, controlar esa corriente requiere un enfoque diferente.

La nueva técnica del equipo no hace agujeros y utiliza microgotas de metal líquido para formar vías suaves e interconexiones planas, creando conexiones eléctricas a través de capas de circuitos, superando estos desafíos. El proceso implica la estratificación directa de gotas de metal líquido dentro de una fotoresina. Al explotar las irregularidades que surgen durante la exposición ultravioleta, los investigadores crean una estructura similar a una escalera que permite que las gotas se acumulen de forma controlable en 3D.

Este enfoque es muy versátil y estas vías e interconexiones de metal líquido se pueden implementar en varios tipos de materiales. Pueden ir más allá y realizar el proceso de fabricación varias veces y crear más y más capas.

En los métodos conocidos de creación de productos electrónicos y otras micro y nanotecnologías, durante la exposición a los rayos ultravioleta, las imperfecciones conocidas como anomalías en el borde de la máscara o socavados suelen presentar desafíos en la fabricación estándar. Sin embargo, los investigadores convirtieron este error en una característica: los bordes de las regiones expuestas a los rayos ultravioleta hacen que las gotas de metal líquido se asienten y estratifiquen en un patrón vertical similar a una escalera.

Este ensamblaje directo permite que las gotas formen un camino continuo a través de la fotoresina, conectando las capas superior e inferior, que luego se cura completamente para bloquear la configuración en su lugar. Este proceso ocurre simultáneamente y la sedimentación de las gotas es rápida, por lo que el proceso de creación de múltiples vías lleva menos de un minuto.

«Al explotar estos efectos de borde que de otro modo serían no deseados, podemos crear vías suaves y conductoras que conecten diferentes capas de circuitos rápidamente y en paralelo», dice el primer autor Dong Hae Ho, investigador postdoctoral que trabaja con Bartlett.

«Podemos hacer todo esto manteniendo la flexibilidad y la integridad mecánica del dispositivo blando».

«Al integrarse con capas de circuitos en el plano y a través del plano, es posible crear circuitos suaves y flexibles con arquitecturas complejas de múltiples capas», dice Bartlett.

«Esto permite nuevas formas de electrónica blanda, donde se crean múltiples vías e interconexiones en paralelo y controladas espacialmente. Esto es crucial para el avance del campo».

Investigadores adicionales de la Universidad de Pensilvania contribuyeron al trabajo.

El apoyo para esta investigación provino de una subvención del Programa de Jóvenes Investigadores de la Oficina de Investigación Naval de Bartlett y de una subvención de Desarrollo Docente de Carrera Temprana (CAREER) de la Fundación Nacional de Ciencias, así como de Virginia Tech.

Fuente: Virginia Tech