El futuro de la impresión electrónica sobre sustrato textil
Poco a poco la impresión electrónica está ganando aceptación y presenta nuevos productos. Entre dichos productos, ya en mercado, destacan la impresión de etiquetas de identificación por radiofrecuencia, sensores de presión, superficies calefactables, pantallas electroluminiscentes o biosensores entre otros.
En el proyecto HYBRID, que el Instituto Tecnológico Textil (AITEX) está desarrollando, se combinan las tecnologías de electrónica impresa para el desarrollo de sensores, junto con las electrónicas flexibles con componentes integrados montados en superficie. Todo ello sobre sustratos textiles y flexibles empleando técnicas avanzadas de impresión.
En el proyecto HYBRID, que el Instituto Tecnológico Textil (AITEX) está desarrollando, se combinan las tecnologías de electrónica impresa para el desarrollo de sensores, junto con las electrónicas flexibles con componentes integrados montados en superficie.
Dentro de estas técnicas de impresión destacan la tecnología de screen printing que permite depositar capas de material más grueso en comparación con otras tecnologías, impresión mediante inyección de tinta también denominada inkjet o impresión digital donde la impresión se forma a partid de gotas de tinta depositadas de forma controlada, así como impresión flexográfica que permite impresión de rollo a rollo agilizando le proceso de producción.
Durante el proyecto se han realizado investigaciones focalizadas en determinar las tintas con propiedades eléctricas más adecuadas para ser empleadas sobre diferentes sustratos textiles. Estas tintas, además de tener buena conductividad, deben ofrecer ciertas propiedades de elasticidad, de forma que se adapten perfectamente a la estructura textil. Aunque las tintas electrónicas ofrecer cierta flexibilidad no todas ellas soportar estiramientos. Además, cabe señalar que es importante que no sufran deterioros producidos por dichos movimientos o estiramientos. Uno de los retos de la electrónica impresa es que debe soportar diferentes sustratos atiendo al producto a sensorizar o incorporar dicha electrónica y además debe soportar la vida útil del producto considerando almacenamiento, uso durante su vida útil, así como procesos de reutilización.
Durante el proyecto se han realizado investigaciones focalizadas en determinar las tintas con propiedades eléctricas más adecuadas para ser empleadas sobre diferentes sustratos textiles.
Otro aspecto que se ha estudiado es el empleo de pastas de soldadura que permitan ser empleadas para fijar y conectar los circuitos integrados sobre el sustrato. Estas pastas se aplican sobre la impresión realizada previamente en los extremos de las pistas donde serán colocados los componentes. Su colocación se realiza a temperatura ambiente, mediante sistema de serigrafía empleando plantillas metálicas denominadas stencils. A continuación, se deben colocan los componentes y se aplica calor. Este calor se aplica siguiendo una curva de temperatura que puede llegar a picos entre 280⁰C y 300⁰C. Para su uso sobre sustrato textil se han seleccionado pastas de soldadura de baja temperatura que permiten una buena soldadura sin perjudicar al sustrato. A esta técnica se le denomina soldadura por refusión o reflow, que finde totalmente la soldadura permitiendo el mojado de las uniones tanto de los componentes como de las pistas de la PCB.
Otro de los retos de incorporar componentes electrónicos o sensores en productos textiles es la necesidad de sistema de alimentación como baterías o sistemas de obtención de energía. Este requisito viene directamente relacionado con la transmisión de datos. La transmisión de datos es también un requisito necesario para interactuar con otros sistemas externos. Generalmente la transmisión de datos lleva implícito un alto consumo energético que obliga a sobredimensionar las unidades de almacén de energía o baterías, derivando en un incremento de las dimensiones de la solución completa. Es por esto por lo que se ha considerado en el proyecto incorporar la tecnología NFC (Near Field Communication). Esta tecnología de comunicación inalámbrica funciona en la banda de 13.56 MHz. Permite transmisión de datos, así como alimentación a distancia de unos pocos milímetros. Actualmente la mayoría de los teléfonos inteligentes disponen de dicha tecnología, lo cual posibilita que su uso pueda ser empleado para la alimentación del circuito impreso de forma sencilla y accesible prácticamente a cualquier usuario.
Las tintas, además de tener buena conductividad, deben ofrecer ciertas propiedades de elasticidad.
Durante el proyecto se han desarrollado antenas NFC de varios tamaños y han sido impresas con diferentes materiales conductores, así como diferentes sustratos con el fin de validar y optimizar su funcionamiento. El circuito electrónico está formado por los siguientes elementos además de la antena NFC: un circuito integrado NFC, un conversor analógico digital, un sensor analógico y una serie de componentes discretos como condensadores y resistencias, para adaptar las corrientes y tensiones. El circuito integrado NFC seleccionado ofrece las propiedades de adaptación de la antena para la obtención de energía. La energía permite captar la energía radiada por el teléfono. Esta energía es transformada a un voltaje continuo que permite alimentar al resto de componentes electrónicos. Además, soporta el protocolo estandarizado de comunicaciones, de forma que es capaz de obtener datos y transmitirlos a través de la antena hacia el terminal móvil. Por otra parte, el conversor analógico digital permite convertir la señal obtenida por el sensor analógico a una señal digital que será enviada al circuito integrado NFC mediante un canal de comunicaciones digital. Esta conversión se realiza con una alta resolución para disponer de mayor precisión en el rango de uso del sensor.
La solución desarrollada permite incorporar cualquier tipo de sensor analógico como pueda ser a modo de ejemplo un sensor de temperatura, pero de forma sencilla es posible emplear otro tipo de sensores como puedan ser sensores de humedad, vibración, presión, gravedad o luminosidad. Esto permite que el desarrollo realizado sea flexible, y pueda adaptarse con ligeras modificaciones a diferentes aplicaciones, dependiendo de la necesidad concreta del producto.
El proyecto 'HYBRID - Desarrollo de soluciones electrónicas híbridas sobre sustrato textil', cuenta con el apoyo de la Conselleria d'Economia Sostenible, Sectors Productius, Comerç i Treball de la Generalitat Valenciana a través del IVACE.
Expediente: IMAMCI/2020/1
