Si un teléfono u otro dispositivo electrónico está hecho de materiales blandos, ¿cómo cambiará su uso? ¿Será más duradero? Si el equipo de vigilancia de la salud hospitalaria está fabricado con componentes menos rígidos, ¿facilitará su uso por parte de los pacientes?
Si bien estos tipos de electrónica pueden estar aún en un futuro lejano, los investigadores de Virginia Tech han desarrollado un método innovador para construir los componentes electrónicos blandos que los hacen posibles. Un proyecto del equipo de Michael Bartlett, investigador principal y profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica, se centra en los circuitos que gestionan todas las conexiones electrónicas del interior.
Publicado en Electrónica de la naturalezala nueva técnica utiliza microgotas de metal líquido para crear estructuras en forma de escalera que crean pequeñas vías conductoras llamadas vías. Estas vías realizan conexiones eléctricas a través de capas de circuitos sin la necesidad de perforar agujeros en el hardware, como en técnicas anteriores.
“Esto nos acerca a posibilidades interesantes, como la robótica blanda avanzada, los dispositivos portátiles y la electrónica que pueden estirarse, doblarse y doblarse manteniendo una alta funcionalidad”, dijo Bartlett.
El primer autor de la publicación fue Dong He Ho, un investigador postdoctoral que trabaja con Bartlett. Los compañeros de equipo de Virginia Tech, Ling Li, profesor asociado de la Universidad de Pensilvania, y Chen Hao Ho, Ph.D., participaron en la investigación. estudiante en el equipo de Lee.
Este trabajo fue apoyado por el Premio al Programa de Jóvenes Investigadores de la Oficina de Investigación Naval de Bartlett y un premio de Desarrollo Profesional Temprano de la Carrera Docente (CAREER) de la Fundación Nacional de Ciencias, así como el apoyo de Virginia Tech.
Electrónica suave, vías e interconexiones.
Investigaciones anteriores sobre circuitos blandos desarrolladas por el equipo de Bartlett reemplazan los materiales flexibles con compuestos electrónicos blandos y pequeñas gotas de metal líquido conductoras de electricidad. Estos son parte de un campo rápidamente emergente de tecnología electrónica blanda que brinda a los dispositivos un nuevo nivel de durabilidad.
En este proyecto, los investigadores abordaron el problema de las placas de circuitos blandos, concretamente el paso de corriente eléctrica entre capas apiladas una encima de otra. Esto es necesario para hacer un buen uso de la corriente en el reducido espacio de las placas de circuito.
Si bien la electrónica dura tradicional utiliza técnicas bien establecidas para crear vías, que son necesarias para construir la electrónica multicapa común en la actualidad, a menudo requieren perforar la placa de circuito, lo que Time funciona cuando se usa un material duro para conectar estas capas. En un material flexible donde un agujero perforado puede abrirse, controlar esta corriente requiere un enfoque diferente.
La nueva técnica del equipo no perfora ningún agujero y, para superar estos desafíos, utiliza microgotas de metal líquido para vías suaves e interconexiones planas, creando conexiones eléctricas a través de las capas del circuito. El proceso implica la estratificación dirigida de gotas de metal líquido dentro del fotorresistente. Aprovechando las irregularidades creadas durante la exposición ultravioleta, los investigadores crean una estructura similar a una escalera que permite que las gotas se ensamblen en 3D con control.
Este enfoque es extremadamente versátil y estas vías e interconexiones de metal líquido se pueden aplicar a una amplia variedad de materiales. Pueden ir más allá y realizar el proceso de fabricación varias veces y crear más y más capas.
Usar un error como característica
En métodos bien conocidos de fabricación de productos electrónicos y otras micro y nanotecnologías durante la exposición a los rayos ultravioleta, los defectos conocidos como anomalías en los bordes de la máscara o socavados suelen presentar desafíos en la fabricación estándar. Sin embargo, los investigadores han convertido este problema en una característica: los bordes de las áreas expuestas a los rayos ultravioleta hacen que las gotas de metal líquido se congelen en un patrón vertical similar a una escalera. Este ensamblaje dirigido permite que las gotas formen un camino continuo a través del fotorresistente, conectando las capas superior e inferior, que luego curan completamente para bloquear la configuración en su lugar. El proceso es simultáneo y la sedimentación de las gotas es rápida, de modo que el proceso de formación de múltiples vías lleva menos de un minuto.
“Al explotar estos efectos de borde no deseados, podemos crear vías suaves y conductoras que conectan diferentes capas de circuitos de manera rápida y paralela”, dijo Hu. “Podemos hacer todo esto manteniendo la flexibilidad y la integridad mecánica del dispositivo blando”.
“Al integrarse con capas de circuitos dentro y fuera del plano, es posible crear circuitos suaves y flexibles con arquitecturas complejas de múltiples capas”, dijo Bartlett. “Esto permite nuevas formas de electrónica suave, donde múltiples vías e interconexiones suaves se conectan en paralelo y de una manera espacialmente controlada. Esto es fundamental para avanzar en el campo”.
