Czysto elastyczne obwody mają ograniczenia w zakresie funkcjonalności, a tradycyjne sztywne PCB nie sprawdzają się w aplikacjach wymagających elastyczności i dopasowania do nieregularnych powierzchni. Elastyczna elektronika hybrydowa to technologia, która łączy te dwa elementy – elastyczne podłoża z precyzyjnymi, miniaturowymi komponentami sztywnych układów scalonych. Pozwala to na tworzenie urządzeń, które zachowują elastyczność mechaniczną tam, gdzie jest potrzebna, jednocześnie oferując zaawansowaną funkcjonalność elektroniczną niemożliwą do osiągnięcia w czysto elastycznych rozwiązaniach. 

W Qwerty bacznie obserwujemy rozwój tej technologii, szczególnie w zastosowaniach medycznych i przemysłowych. W kontekście klawiatur takie rozwiązania dają wiele nowych możliwości projektowania innowacyjnych interfejsów. Możliwości, które chcemy maksymalnie wykorzystywać, by tworzyć produkty jeszcze bardziej dopasowane do potrzeb naszych klientów.

Istota technologii hybrydowej

Elastyczna elektronika hybrydowa polega na strategicznym połączeniu elastycznych i sztywnych elementów w jednym urządzeniu. Elastyczne fragmenty – wykonane z folii poliimidowych, PET lub TPU z naniesionymi przewodzącymi pastami srebrnymi, tuszami zawierającymi nanorurki węglowe czy grafen – zapewniają możliwość zginania i dopasowania do nieregularnych kształtów. Z kolei sztywne komponenty – procesory, sensory MEMS, układy RF czy przetworniki A/C – dostarczają zaawansowanej funkcjonalności obliczeniowej. 

Najważniejszym wyzwaniem jest połączenie tych różnych elementów w sposób, który zachowa niezawodność elektryczną mimo ciągłych naprężeń mechanicznych. Miejsca połączeń między elastycznymi ścieżkami a sztywnymi komponentami wymagają specjalnych technik montażu i projektowania.

Strefy elastyczne i sztywne

W urządzeniu hybrydowym projektanci definiują konkretne obszary funkcjonalne. Strefy elastyczne zawierają proste ścieżki przewodzące i podstawowe elementy pasywne – rezystory czy kondensatory – które można wykonać technikami druku. Strefy sztywne skupiają zaawansowane podzespoły (mikrokontrolery, układy RF, czujniki optyczne), montowane precyzyjnie w technologii SMT na stabilnym podłożu. 

To podejście modularne pozwala zoptymalizować koszt i parametry – sztywne obszary zapewniają wysoką moc obliczeniową, a elastyczne fragmenty dopasowanie do nietypowych kształtów.

Jakie zalety mają rozwiązania hybrydowe?

Elastyczna elektronika hybrydowa oferuje unikalne korzyści, których nie można osiągnąć ani w czysto elastycznych, ani w tradycyjnych sztywnych rozwiązaniach.

Zaawansowana funkcjonalność przy zachowaniu elastyczności

Największą zaletą podejścia hybrydowego jest możliwość integracji skomplikowanych układów scalonych (np. procesory sygnałowe, transceivery bezprzewodowe, przetworniki A/C i D/A) w urządzeniu, które jednocześnie można zginać, rolować czy przyklejać do zakrzywionych powierzchni.

Optymalizacja kosztów produkcji

Zastosowanie tanich i sprawdzonych komponentów elektronicznych tam, gdzie są niezbędne, w połączeniu z elastycznymi fragmentami w pozostałych obszarach, znacząco obniża koszt w porównaniu do w pełni elastycznych układów, w których konieczne są bardziej wyspecjalizowane materiały i procesy.

Łatwość serwisowania i modernizacji

Sztywne moduły można łatwo demontować i wymieniać, pozostawiając nienaruszoną elastyczną bazę. Taka modularność jest cenna w przemyśle i medycynie, gdzie urządzenia muszą pracować wiele lat i podlegać modernizacji.

Gdzie znajduje zastosowanie elastyczna elektronika hybrydowa?

Elastyczna elektronika hybrydowa znajduje zastosowanie w aplikacjach, gdzie potrzebne jest połączenie zaawansowanej funkcjonalności z możliwością dopasowania do nietypowych kształtów.

Systemy monitoringu medycznego

W medycynie urządzenia hybrydowe rewolucjonizują monitorowanie pacjentów. Elastyczne sensory przylegają do skóry, zbierając sygnały bioelektryczne, podczas gdy sztywne moduły przetwarzają dane i transmitują je bezprzewodowo do systemów szpitalnych. Pacjent zachowuje pełną swobodę ruchów, a lekarze otrzymują precyzyjne dane diagnostyczne w czasie rzeczywistym.

Inteligentne tekstylia

W przemyśle tekstylnym hybrydowe rozwiązania pozwalają na tworzenie inteligentnej odzieży. Elastyczne ścieżki przewodzące wplecione w tkaninę łączą się z miniaturowymi modułami elektronicznymi, które mogą monitorować parametry fizjologiczne, temperaturę otoczenia czy lokalizację użytkownika.

Robotyka i automatyka

W robotyce elastyczna elektronika hybrydowa umożliwia tworzenie skóry dotykowej dla robotów. Elastyczne sensory pokrywają powierzchnie ramion i chwytaków, podczas gdy centralne moduły przetwarzają sygnały dotykowe i sterują reakcjami robota. To połączenie daje robotom zdolność precyzyjnego manipulowania delikatnymi przedmiotami.

Jak wygląda przyszłość technologii hybrydowej?

Elastyczna elektronika hybrydowa rozwija się w kierunku jeszcze lepszej integracji różnych technologii elektronicznych. Obserwujemy trendy w kierunku miniaturyzacji sztywnych komponentów i poprawy elastyczności połączeń.

Najbardziej obiecujące są zastosowania w urządzeniach noszonych i implantach medycznych, gdzie możliwość połączenia zaawansowanej elektroniki z biokompatybilnością elastycznych materiałów otwiera nowe możliwości terapeutyczne.

W Qwerty przygotowujemy się na rosnące zapotrzebowanie na rozwiązania hybrydowe, rozwijając nasze kompetencje w zakresie precyzyjnego montażu komponentów na elastycznych podłożach. Nasze doświadczenie w produkcji biosensorów i tensometrów stanowi solidną podstawę do realizacji najbardziej wymagających projektów elastycznej elektroniki hybrydowej.

Wierzymy, że dzięki tej technologii nasze interfejsy będą mogły dopasowywać się do coraz bardziej skomplikowanych kształtów urządzeń przemysłowych, jednocześnie oferując funkcjonalność porównywalną z tradycyjnymi panelami sterującymi. To oznacza możliwość tworzenia intuicyjnych interfejsów użytkownika na zakrzywionych powierzchniach maszyn, elastycznych paneli diagnostycznych w sprzęcie medycznym czy inteligentnych powierzchni sterujących zintegrowanych z obudowami urządzeń. Elastyczna elektronika hybrydowa pozwoli nam przekroczyć obecne ograniczenia projektowe i stworzyć rozwiązania, które jeszcze kilka lat temu wydawały się niemożliwe do realizacji.