Współczesne urządzenia elektroniczne stają się coraz lepiej zintegrowane z naszym codziennym życiem, jednak tradycyjne sztywne obwody drukowane często ograniczają możliwości projektowe. Elektronika elastyczna to przełomowa technologia, która eliminuje te ograniczenia, umożliwiając tworzenie urządzeń zdolnych do zginania, składania czy rozciągania bez utraty funkcjonalności.

Ta rewolucyjna dziedzina przekształca sposób, w jaki myślimy o projektowaniu elektroniki. Elastyczne układy nie tylko są lżejsze i bardziej wytrzymałe od konwencjonalnych rozwiązań, ale również mogą przybierać nietypowe kształty, dostosowując się do zakrzywionych powierzchni czy ruchomych elementów. W praktyce oznacza to możliwość umieszczania elektroniki tam, gdzie wcześniej było to niemożliwe – od biomedycznych czujników noszonych na skórze, przez inteligentne powierzchnie pojazdów, aż po składane wyświetlacze.

Czym jest elektronika elastyczna?

Elektronika elastyczna, znana również jako obwody elastyczne (ang. flex circuits), to technologia umożliwiająca montaż elementów elektronicznych na giętkich podłożach, takich jak poliimid (PI), polietylenotereftalan (PET) czy poliwęglan (PC). W odróżnieniu od tradycyjnych sztywnych płytek drukowanych (PCB), które są wykonane z materiałów takich jak laminat epoksydowy, elastyczne obwody mogą być zginane, składane lub rozciągane, co daje projektantom większą swobodę w tworzeniu urządzeń o nietypowych kształtach.

Przewodzące elementy w elektronice elastycznej są wytwarzane przy użyciu różnych technologii. Najważniejsze z nich to druk przewodzącymi tuszami opartymi na nanokryształach srebra, miedzi czy grafenu. Alternatywnie stosuje się ultra-cienkie warstwy metali naniesione metodą osadzania z fazy gazowej na elastyczne podłoża. Oba podejścia pozwalają uzyskać ścieżki przewodzące, które zachowują ciągłość elektryczną nawet przy znacznych odkształceniach.

Jakie wyjątkowe właściwości i zalety ma elektronika elastyczna?

Elektronika elastyczna charakteryzuje się unikalnym zestawem właściwości, które wyróżniają ją spośród tradycyjnych rozwiązań technologicznych. Najważniejsze zalety tej technologii obejmują:

• Giętkość i adaptacyjność – obwody można zginać, składać i dostosowywać do nieregularnych powierzchni bez utraty funkcjonalności. Nowoczesne rozwiązania wytrzymują dziesiątki tysięcy cykli odkształceń, co umożliwia montaż na ruchomych elementach czy zakrzywionych powierzchniach.
• Lekkość i minimalna grubość – elastyczne obwody wykonywane na foliach poliestrowych czy poliimidowych są nawet dziesięciokrotnie lżejsze od tradycyjnych płytek drukowanych. Grubość może wynosić zaledwie kilkanaście mikrometrów, co pozwala na integrację w miejscach niedostępnych dla konwencjonalnej elektroniki.
• Wyjątkowa trwałość mechaniczna – elastyczne materiały lepiej znoszą uderzenia, wibracje i odkształcenia mechaniczne. Eliminuje to problem pękania lutowanych połączeń, który często występuje w sztywnych układach poddanych długotrwałym drganiom.
• Stabilność w trudnych warunkach – podłoża takie jak poliimid charakteryzują się wysoką odpornością na ekstremalne temperatury i agresywne środowiska chemiczne. To czyni je idealnymi do zastosowań przemysłowych i lotniczych.
• Biokompatybilność – wybrane materiały można bezpiecznie stosować w kontakcie z ludzkim ciałem, co otwiera możliwości tworzenia implantów, czujników medycznych czy inteligentnych plastrów monitorujących parametry zdrowia.
• Efektywność produkcji – technologie druku funkcjonalnego, takie jak sitodruk czy druk inkjetowy przewodzącymi tuszami, pozwalają na masową produkcję metodą reel-to-reel przy znacznie niższych kosztach niż tradycyjne procesy fotolitograficzne.
• Zrównoważony rozwój – procesy produkcyjne oparte na druku wymagają mniej energii i generują mniej odpadów niż konwencjonalne technologie. Dodatkowo możliwość recyklingu materiałów takich jak PET oraz zmniejszone zużycie surowców czyni elastyczną elektronikę bardziej przyjazną dla środowiska.

Elektronika elastyczna oferuje więc unikalne połączenie właściwości mechanicznych i elektronicznych, które umożliwiają tworzenie nowatorskich, wydajnych i wszechstronnych urządzeń.

Gdzie znajduje zastosowanie elektronika elastyczna?

Elastyczne obwody elektroniczne znajdują coraz szersze zastosowanie w branżach wymagających łączenia funkcjonalności elektronicznej z elastycznością mechaniczną. Od precyzyjnych aplikacji medycznych, przez zaawansowane systemy przemysłowe, aż po codziennie używane urządzenia konsumenckie – technologia ta otwiera nowe możliwości projektowe tam, gdzie tradycyjne rozwiązania okazują się niewystarczające.

Medycyna i biotechnologia

W medycynie elektronika elastyczna umożliwia tworzenie biosensorów umieszczanych bezpośrednio na skórze pacjenta, monitorujących parametry życiowe bez ograniczania swobody ruchów. Elastyczne elektrody w elektrokardiografii czy elektroencefalografii zapewniają lepszy kontakt z ciałem i większy komfort pacjenta.

Inteligentne plastry medyczne mogą dostarczać leki w kontrolowany sposób, jednocześnie monitorując reakcję organizmu poprzez zintegrowane czujniki, układy sterujące i systemy komunikacji bezprzewodowej. Biosensory elastyczne mierzą tętno, oddech, temperaturę, przewodnictwo skóry oraz poziom glukozy, mleczanu czy elektrolitów. Elastyczne plastry diagnostyczne z bezprzewodową transmisją danych znacząco usprawniają telemedycynę i zdalne monitorowanie pacjentów.

Tensometry elastyczne w rehabilitacji pozwalają na precyzyjny pomiar zakresu ruchu i aktywności mięśniowej, a systemy analizy ruchu z czujnikami EMG umożliwiają optymalizację programów terapeutycznych w czasie rzeczywistym.

Przemysł motoryzacyjny

Elastyczne czujniki nacisku w fotelach rozpoznają obecność i pozycję pasażerów, dostosowując pracę systemów bezpieczeństwa. Maty grzewcze zapewniają komfort w fotelach, kierownicach i panelach, a także chronią przed zamarzaniem lusterka, kamery i czujniki ADAS.

W pojazdach elektrycznych elastyczne systemy grzewcze rozgrzewają akumulatory i układy napędowe, zapewniając optymalną wydajność w niskich temperaturach. Elastyczne podłoża z folii PI, PET czy TPU umożliwiają tworzenie mat o dowolnym kształcie, idealnie dopasowanych do skomplikowanych geometrii pojazdowych.

Elastyczne panele dotykowe integrowane z zakrzywionymi powierzchniami oferują intuicyjny interfejs, a anteny dostosowujące się do karoserii wspierają komunikację Vehicle-to-Everything. Czujniki klimatu wbudowane w tapicerkę automatycznie sterują mikroklimatem wnętrza. Tensometry elastyczne monitorują stan konstrukcji, podwozi i zawieszenia, umożliwiając diagnostykę zmęczeniową materiałów w czasie rzeczywistym.

Robotyka i automatyzacja przemysłowa

W robotyce elastyczna elektronika tworzy zaawansowane systemy sensoryczne. Skóry elektroniczne na chwytakach robotów rozpoznają kontakt z przedmiotami i precyzyjnie dozują siłę chwytu. Elastyczne czujniki w robotach współpracujących umożliwiają bezpieczną interakcję z człowiekiem, automatycznie dostosowując parametry pracy.

Interfejsy człowiek-maszyna reagujące na dotyk, nacisk i gesty stają się bardziej intuicyjne dzięki elastycznym materiałom przewodzącym. Tensometry elastyczne monitorują stan konstrukcji robotów w czasie rzeczywistym, umożliwiając predykcyjne utrzymanie ruchu i zwiększenie niezawodności systemów produkcyjnych.

Elektronika noszona i systemy rozciągliwe

Elastyczne obwody umożliwiają tworzenie urządzeń o nietypowych formach – od składanych smartfonów po inteligentną odzież z czujnikami i diodami LED. Elastyczne paski fitness zawierają zintegrowane czujniki tętna, akcelerometry i układy komunikacji bezprzewodowej, oferując komfort noszenia przez całą dobę.

Elektronika rozciągliwa to zaawansowana kategoria układów zdolnych do pracy przy deformacjach przekraczających 100%. Wykorzystuje materiały kompozytowe i siatkowe struktury przewodzące oparte na nanodrutach srebra, grafenie czy stopach EGaIn. Umożliwia integrację z tkaninami i skórą człowieka, tworząc czujniki nieograniczające ruchu użytkownika. Znajduje zastosowanie w dynamicznych elementach pojazdów i urządzeń biomechanicznych.

Elastyczne klawiatury dotykowe można zwijać i przenosić w kieszeni, zachowując pełną funkcjonalność mimo zginania dzięki technologii druku przewodzącymi materiałami.

Technologia In-Mold Electronics

Elektronika zatopiona w procesie wtrysku (IME) umożliwia zatapianie elementów elektronicznych podczas formowania tworzyw sztucznych. Technologia integruje elektronikę z obudowami i panelami, zmniejszając liczbę połączeń i komponentów mechanicznych. Powstają lekkie, odporne na wilgoć układy z zintegrowanymi przyciskami dotykowymi, podświetleniem i sensorami.

IME znajduje zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, AGD, elektronice konsumenckiej i lotnictwie. W branży lotniczej tworzy zaawansowane panele sterujące o zmniejszonej wadze i zwiększonej niezawodności, a w sprzęcie AGD pozwala projektować eleganckie, funkcjonalne interfejsy użytkownika.

Elektronika elastyczna w klawiaturach membranowych Qwerty

Nasze interfejsy stanowią praktyczny przykład zastosowania elastycznych obwodów drukowanych, które tworzą precyzyjne przełączniki reagujące na naciśnięcie poprzez kontrolowany kontakt przewodzących warstw. Opracowaliśmy także własne metody druku przewodzącymi materiałami, które gwarantują niezawodność działania w najbardziej wymagających warunkach przemysłowych.

W naszym procesie produkcyjnym wykorzystujemy specjalistyczne pasty na bazie srebra i węgla, które zachowują stabilną przewodność elektryczną mimo tysięcy cykli zginania i naciskania. Elastyczne obwody nanoszone na pojedynczą folię umożliwiają tworzenie złożonych układów przełączających o niskim profilu, które idealnie sprawdzają się w aplikacjach wymagających odporności na trudne warunki środowiskowe.

Technologia elastycznych obwodów pozwala nam również na integrację dodatkowych funkcjonalności, takich jak rezystywne ścieżki do wykrywania siły naciśnięcia czy elementy pojemnościowe umożliwiające wykrywanie zbliżenia. Te zaawansowane rozwiązania, połączone z naszą specjalistyczną wiedzą o materiałach i procesach druku, pozwalają dostarczać klientom interfejsy o wyjątkowej funkcjonalności i trwałości.