Stretchable electronics, inchiostri

SOLUZIONI STRETCHABLE ELECTRONICS: UNA PANORAMICA

PROCESSO APPLICATIVO

GLI INCHIOSTRI

PERFORMANCE ELETTRICHE

L'OFFERTA

Soluzioni Stretchable Electronics: una panoramica

La caratteristica distintiva della soluzione fornita da EPTATECH per la stretchable electronics è l’eliminazione di membrane elastiche quali substrati per la stampa di circuiti elettrici. Infatti gli inchiostri conduttivi stretchable di EPTATECH sono stati concepiti per essere utilizzati in combinazione con inchiostri incapsulanti aventi proprietà strutturali e meccaniche simili a quelle delle membrane elastiche TPU generalmente impiegate nel settore.

L’idea di inchiostri incapsulanti che fossero alternativi ai substrati elastici ha avuto origine dalla vasta esperienza del Gruppo EPTANOVA nella cosiddetta tecnologia “transfer printing”, comunemente utilizzata nell’industria tessile. EPTAINKS, una delle aziende facenti capo al Gruppo EPTANOVA, possiede infatti un ampio e consolidato portfolio di inchiostri e materiali dedicati alla stampa transfer per scopi decorativi. EPTATECH ha ulteriormente sviluppato quest’idea formulando inchiostri incapsulanti che possono essere direttamente rimossi dal supporto sacrificale di stampa rendendo possibili successive manipolazioni per assemblaggio e connessioni (ad esempio attraverso il crimping).

Stretchable electronics, tecnologia

Processo applicativo

Gli inchiostri incapsulanti e conduttivi vengono serigrafati su un supporto sacrificale, in genere un cosiddetto “release film” in poliestere, comunemente utilizzato per la stampa transfer. I campioni stampati sono tipicamente costituiti da due strati esterni di inchiostro incapsulante (con aree aperte per un qualsiasi tipo di connessione esterna) che racchiudono un “circuito funzionale” (ad esempio un sensore) realizzato con un numero virtualmente illimitato di strati di inchiostri differenti.

Selezionando opportunamente l’inchiostro incapsulante, si aprono alcune possibili applicazioni finali:

  • applicazioni tessili (smart-garments, wearable technologies)
    La tecnologia di stampa transfer è utilizzata per trasferire il “pacchetto” di inchiostri dal supporto sacrificale al tessuto finale mediante calore e pressione. In questa opzione le operazioni di stampa vengono effettuate in ordine inverso, in modo che l’ultimo strato di inchiostro stampato sarà quello a contatto con il tessuto. Infine sul pacchetto di inchiostri viene stampato uno strato di adesivo termoplastico.
  • applicazioni non tessili
    Il campione stampato viene direttamente rimosso dal supporto sacrificale e il suo assemblaggio sull’oggetto finale può essere effettuato in diversi modi, ad esempio utilizzando un adesivo oppure meccanicamente. Sono disponibili anche inchiostri incapsulanti in grado di resistere a severi test industriali (in termini di condizioni ambientali)

In EPTATECH crediamo che nel suo complesso questo tipo di approccio dia alcuni vantaggi fra i quali:

  • la stampa avviene su un supporto (sacrificale) stabile dal punto di vista sia dimensionale (è flessibile, ma non deformabile) sia termico. Ciò consente un processo di stampa più affidabile, specialmente nel caso in cui più strati di inchiostro vengano stampati e asciugati in sequenza
  • il processo di produzione si semplifica in quanto i circuiti sono già effettivamente stampati nella loro forma finale, evitando qualsiasi operazione di taglio della membrana. E’ solo necessario separare il supporto sacrificale dal circuito stampato, semplicemente rimuovendo quest’ultimo tirandolo da un’estremità
  • non vi è alcuna membrana da laminare permanentemente sul tessuto. Nel caso di applicazioni tessili, ciò risulta in un migliore comfort dell’indumento.
  • Gli incapsulanti fungono di fatto da “supporto”. La loro stampa è un processo molto più flessibile della loro estrusione il che permette, ad esempio, la regolazione fine dello spessore dell’inchiostro incapsulante a seconda del tipo di applicazione finale (requisiti di comfort o di robustezza).

Stretchable electronics printing process

Gli inchiostri

EPTATECH fornisce una gamma assortita di materiali per la Stretchable Electronics, quali:

Inchiostri conduttivi

  • Inchiostro stretchable a base argento
  • Inchiostro stretchable a base carbone

Inchiostri incapsulanti

Gli inchiostri incapsulanti vengono utilizzati in sinergia con gli inchiostri conduttivi. Queste le loro funzioni:

  • Supporto strutturale / assorbimento di stress meccanici
  • Primer nel caso di superfici finali porose (ad esempio tessuti)
  • Barriera all’acqua (per la resistenza al lavaggio)
  • Isolamento elettrico

È disponibile una scelta di inchiostri incapsulanti a seconda del tipo di applicazione finale. Sono possibili inchiostri incapsulanti personalizzati.

  • Inchiostri incapsulanti destinati ad applicazioni tessili in cui un requisito importante è il comfort
  • Inchiostri incapsulanti rimovibili
  • Inchiostri incapsulanti rimovibili adatti a condizioni ambientali severe

Tutti gli inchiostri sono:

  • a base acqua
  • serigrafabili
  • altamente stretchable (testati fino ad un allungamento del 100%)

Performance elettriche sotto sforzo

Nessun test standard per la valutazione delle performance elettriche degli inchiostri conduttivi stretchable è al momento definito. In genere eseguiamo singoli allungamenti progressivi (dalla posizione di riposo al 100% di allungamento con step del 5%) e 1000 cicli di allungamento e ritorno (tra la posizione di riposo e il 20% di allungamento). Misurando i valori di resistenza e di spessore di tracce aventi semplici geometrie, calcoliamo la sheet resistivity, cioè uno dei parametri elettrici intrinseci del materiale.

L’inchiostro conduttivo a base argento di EPTATECH ha una sheet resistivity iniziale inferiore ai 30 mOhm/square@25micron. I grafici sottostanti mostrano il tipico comportamento della sua sheet resistivity sotto sforzo.

 

Figure 1. – Singolo allungamento

Figure 2. – Cicli di allungamento

L’inchiostro conduttivo a base carbone di EPTATECH ha una sheet resistivity iniziale inferiore ai 40 Ohm/square@25micron. I relativi grafici delle sue performance elettriche sono mostrati qui di seguito.

Figure 3. – Singolo allungamento

Figure 4. – Cicli di allungamento

In base alla nostra esperienza, le performance elettriche sotto sforzo sono influenzate da vari fattori:

  • Il tipo di inchiostro incapsulante. Quello che meglio resiste al lavaggio si dimostra meno elastico. Ciò incide sul comportamento elettrico complessivo, specialmente nel caso di sforzi ripetuti
  • Il tipo di tessuto finale, in particolare la trama più che il materiale in se stesso
  • La forma del circuito. Linee dritte e angoli marcati non danno i migliori risultati

EPTATECH ha sviluppato inchiostri conduttivi di base e alcuni inchiostri incapsulanti che possono essere personalizzati per specifiche applicazioni.

Non esitate a contattarci (info@eptatech.com) per valutare le performance dei nostri inchiostri in base ai vostri particolari requisiti applicativi.

L'offerta

Grazie alla capacità interna di produzione telai e di stampa serigrafica, EPTATECH è in grado di offrire un supporto tecnico qualificato ai clienti nelle fasi di test iniziali e di studio di fattibilità fornendo campioni stampati (anche su disegno del cliente) pronti per essere trasferiti o rimossi dal substrato sacrificale.

Gli inchiostri sono al momento disponibili attraverso vendita diretta. Questa scelta assicura un’assistenza diretta ai clienti nella definizione dei processi di stampa come pure nella valutazione delle performance e della possibilità di una personalizzazione degli inchiostri.
 

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