Murata propone la tecnologia dei circuiti stampati estensibili, il cui utilizzo principale dovrebbe essere in applicazioni come dispositivi medici e indossabili (Figura 1) che vengono apposti sulla superficie del corpo per raccogliere informazioni biologiche. I dispositivi elettronici estensibili di Murata hanno ottenuto riscontri positivi da chi li ha indossati nei test, con un disagio minimo e una raccolta di dati altamente accurata.

Figura 1: Esempio di applicazione medica dei circuiti stampati estensibili

Vantaggi dei PCS

I circuiti stampati estensibili sono esplicitamente progettati per risparmiare spazio, migliorando la flessibilità, e rendono possibile l'integrazione di sensori e controller direttamente nei materiali estensibili, un approccio che consente un'integrazione più fluida in applicazioni che richiedono flessibilità e durata. L'aggiuntiva riduzione del processo di assemblaggio aiuta a migliorare allo stesso tempo l'affidabilità. In breve, i circuiti stampati estensibili sono l'unica soluzione che garantisce la miniaturizzazione e il movimento dei dispositivi elettronici.

Ci sono diversi vantaggi associati ai circuiti stampati estensibili che vale la pena menzionare, ad esempio, possono essere intrecciati, piegati e spostati senza il rischio di danneggiare il conduttore. Ma non è tutto. I circuiti stampati estensibili forniscono prestazioni elettriche eccezionali, essi sono dotati, infatti, di una bassa costante dielettrica che dà spazio alla trasmissione elettrica del segnale e impressionanti proprietà termiche che rendono il raffreddamento molto facile. I circuiti stampati estensibili possono funzionare bene alle alte temperature, a differenza dei circuiti stampati rigidi e presentano maggiore resa in fase di assemblaggio e maggiore affidabilità grazie alla riduzione dell'hardware di connessione interno.

In breve, ecco elencati alcuni dei motivi per preferire i circuiti stampati estensibili rispetto a quelli rigidi:

• Ridotto peso e spazio
• Soddisfacimento dei mutevoli requisiti di flessione
• Flessione per facilità di manutenzione e installazione
• Aumentata ripetibilità e affidabilità
• Ottima gestione termica
• Riduzione dei costi di assemblaggio
• Caratteristiche elettriche uniformi per circuiti che richiedono alte velocità

Realizzazione dei PCS

Generalmente, sebbene la tecnologia estensibile per circuiti stampati utilizzi processi classici per la produzione e l'assemblaggio di tali PCB, il substrato è in poliuretano termoplastico (TPU). Ciò ha il vantaggio di realizzare circuiti stampati estensibili con investimenti relativamente bassi. I circuiti stampati estensibili sono disponibili in strati singoli o doppi, con il substrato estensibile fatto in TPU. Lo spessore tipico del materiale di base varia tra 90 e 100 um, mentre quello del rame è di solito 17,5 um. Le caratteristiche del substrato consentono una estensibilità massima del 30% della lunghezza originale e una allungabilità del 10% per allungamenti ripetuti, questo, tuttavia, dipende dalla struttura del modello di rame sul substrato allungabile, infatti, mentre il poliuretano termoplastico (TPU) utilizzato dai produttori come substrato destinato ai circuiti stampati estensibili può estendersi facilmente, le tracce di rame lo inibiscono. La ragione di questo comportamento è perché il rame non è abbastanza malleabile per tali scopi.

I produttori utilizzano le loro tecniche riservate per l'incollaggio di una lamina di rame RA o di rame ED standard sul substrato in poliuretano. Al termine di questo passaggio, utilizzano quindi i normali passaggi del wet-etching per circuito stampato per fabbricare i circuiti estensibili. Poiché l'aggiunta di diversi strati di substrato in poliuretano riduce al minimo l'estensibilità, la maggior parte dei circuiti stampati estensibili presenta due o quattro strati al massimo. I produttori applicano maschere di saldatura in poliuretano ai circuiti stampati finiti per mantenere un design uniforme dell'elastomero.

L'assemblaggio di circuiti stampati estensibili impiega i normali componenti a montaggio superficiale saldati sulle piste di rame. Poiché le parti sono rigide, i luoghi in cui gli elementi vengono posizionati sono impossibili da estendere.  I componenti SMD sono interconnessi utilizzando alcuni fogli di carta conduttiva su substrati estensibili. Per garantire che le tracce di rame presenti sul substrato possano flettersi o piegarsi senza danni, i progettisti danno una forma a ferro di cavallo alle tracce di rame, dopo di che, le forme a ferro di cavallo vengono posizionate alternativamente a 180 gradi. Mentre altri modi diversi, come le forme triangolari, possono allungarsi, esse mostrano alti livelli di stress e portano ad una minore affidabilità.

Applicazioni dei PCS

Principalmente, le applicazioni che richiedono un uso di circuiti stampati estensibili sono quelle che richiedono un posizionamento su superfici piegate o curve. I dispositivi e i componenti utilizzati nei tessuti intelligenti, nelle applicazioni biomediche, nello sport, nella sicurezza e nel tempo libero, sono spesso di forma irregolare. Con forme così irregolari, un circuito stampato deve seguire la forma richiesta per un'integrazione efficiente. Mentre è possibile sviluppare un circuito in forma di cono o cilindro, i circuiti estensibili possono facilmente adattarsi a qualsiasi superficie.

Detto questo, i circuiti stampati estensibili trovano uso in molte applicazioni: dall'abbigliamento consumer al posizionamento complesso e alle applicazioni mediche, tra le altre. Ad esempio, possono essere posizionati all'interno della suola di una scarpa per misurare la pressione utilizzando sensori integrati. In tal modo, possono raccogliere i dati degli utenti relativi ai loro liberi movimenti. Inoltre, se posizionati all'interno di bende, i sensori di pressione su un circuito estensibile possono misurare la tenuta della benda applicata.

Evoluzione dei PCB

Analizzando l'evoluzione dei circuiti stampati (PCB), sinteticamente riportata in Figura 2, si è partiti dai PCB rigidi per poi arrivare ai circuiti stampati flessibili (FPC) che offrivano la flessibilità e l'adattabilità che il tradizionale circuito stampato rigido non poteva eguagliare. I circuiti stampati flessibili hanno trovato posto in una vasta gamma di applicazioni. Questi circuiti leggeri, sottili e, come suggerisce il nome, altamente flessibili, sono particolarmente adatti per applicazioni in cui i vincoli di spazio e peso sono fondamentali, rendendoli un punto fermo in settori come l'elettronica di consumo, i dispositivi medici e i sistemi automobilistici.

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