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¿Eso que doblas es un chip?

La electrónica impresa sobre plástico permite desarrollar chips flexibles y adaptables a casi cualquier superficie, con costes más reducidos que los chips de silicio. El PEC4, asociación en la que participa el CSIC, fomentará la investigación y ayudará a las empresas a desarrollar aplicaciones e introducirse en este nuevo ámbito tecnológico e industrial.

 La electrónica impresa permite obtener dispositivos electrónicos y fotónicos sobre plástico, flexibles, mediante técnicas de impresión convencionales. Imagen: PEC4/Cetemmsa.PEC4 (siglas de Printed Electronic Cluster) es la primera asociación de España en esta área. Está formada por  el centro tecnológico CETEMMSA, el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) del CSIC, el Parc de Recerca UAB, el Centro de Accesibilidad e Inteligencia Ambiental de Cataluña, y el Centro de Investigación en Metamateriales para la Innovación en Tecnologías Electrónica y de Comunicaciones (los dos últimos pertenecientes a la Universidad Autónoma de Barcelona).

El objetivo de este clúster es promover la investigación y el desarrollo en estas tecnologías emergentes, y generar las sinergias necesarias con el sector industrial para facilitar su incorporación al ámbito de la electrónica impresa.

Lo hará mediante la elaboración y participación en proyectos de I+D+i, la vigilancia tecnológica, los programas de formación y los estudios de viabilidad de casos planteados por las propias empresas. Así mismo asesorará en el diseño y desarrollo de nuevos productos y facilitará el acceso a los centros de fabricación y test de prototipos y series.

Circuito digital, fruto de la colaboración del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (CNM-CSIC) y del Centre de Accessibilitat i Intel·ligència Ambiental de Catalunya (UAB), en el proyecto TDK4PE.El sector de la electrónica impresa es uno de los más innovadores y con mayores perspectivas de crecimiento en todo el mundo: se prevé que en 2020 las ventas derivadas de sus productos generarán unos 60 billones de dólares.

Qué puede hacer la electrónica impresa…

La electrónica impresa puede desarrollar aplicaciones en campos tan diversos como la construcción, el deporte, la automoción, la prensa, el marketing, el textil o el packaging, entre otros, con unos tiempos y unos costes de producción muy bajos.

El secreto está en poder imprimir los dispositivos electrónicos y fotónicos mediante técnicas de impresión convencionales, como la serigrafía o la inyección, con la particularidad de que se usan tintas conductoras o semi-conductoras. Así, se pueden imprimir elementos como resistencias, condensadores, bobinas, transistores ... -todos los componentes electrónicos presentes en los circuitos convencionales- sobre un plástico flexible, que después se puede adaptar fácilmente a otros soportes no rígidos o de formas diversas (tejidos, envases y embalajes u otros objetos).

Entre las aplicaciones posibles están las placas solares flexibles. Tienen algo menos de rendimiento que las rígidas de silicio, pero pueden aprovechar mayor radiación solar, al poder adaptarse a entornos irregulares (tejados, paredes, columnas, ventanas, vehículos, mobiliario urbano…).

Otra área prometedora es el envasado de alimentos, en el que se podrán desarrollar etiquetas con nuevas prestaciones (como sensores para controlar la cadena de frío o detectar posibles contaminaciones en alimentos). O en productos de gama alta (perfumería, ropa, complementos, vinos y licores…), con etiquetas que den mayor garantía de la autenticidad del producto, evitando así la copia y el fraude.

Otro ejemplo son los tejidos que incorporen alguna funcionalidad extra (color variable, temperatura ajustable, nanoparticulas terapéuticas…).  O las baterías impresas, que en el futuro podrían ser incluso recargables, con aplicación en productos impresos (libros, catálogos, publicidad…) que incorporen iluminación y audio. Los sensores biomédicos y los displays flexibles son otras de las líneas en desarrollo.

Ejemplos de aplicaciones. Izquierda: Póster inteligente desarrollado por CAIAC con TMB. Cuando se pone el móvil encima, indica la mejor ruta. Derecha: Alfombrilla interactiva desarrollada por SensingTex que sirve para controlar y regular la música del equipo conectado.

La flexibilidad y la posibilidad de amoldarse a formas imposibles para la electrónica del silicio es una de las mayores ventajas de la electrónica impresa. La otra es la referida a los costes. Lluís Teres, investigador del CNM, explica que “la microelectrónica en silicio tiene muy altas prestaciones pero es cara. Hacer el diseño y fabricación de los prototipos es un proceso lento, no exento de riesgos y de elevados costes. Para que los costes compensen hay que tener un volumen de producción muy elevado, no siempre necesario para todos los productos y en muchos casos sólo asumibles por empresas grandes o incluso gigantes de la electrónica”.

Los costes de fabricación no son tan caros, lo que permite producciones de menos unidades y que empresas pequeñas puedan hallar nuevos nichos de negocio

En cambio, con la electrónica impresa los costes de fabricación no serían tan caros, lo que permitirá producciones de menos unidades y que empresas más pequeñas puedan hallar nuevos nichos de negocio.

Además, y a diferencia de la microelectrónica de silicio -que está concentrando la fabricación en unas pocas firmas en el sudeste asiático-, en el caso de la electrónica impresa se prevé una gran dispersión geográfica de pequeñas y medianas empresas fabricantes. Eso permitirá una mejor adaptación de las escalas de producción a nivel local y específico.

…y qué no, de momento

El número de transistores que puede llegar a incorporar un circuito de plástico está en varios miles, muy lejos de las decenas de millones que puede incorporar un chip de silicio. Las prestaciones de los circuitos integrados en silicio están muy por encima de las que puedan asumir los circuitos en plástico electrónico.

Eso hace que ciertas operaciones muy complejas ejecutadas por chips de silicio no puedan ser ejecutadas por los primeros. En estos casos, y si la aplicación lo justifica, se puede optar por la combinación de ambas tecnologías (electrónica impresa que incorpore un pequeño chip de silicio para unas funciones concretas), conjugando así flexibilidad y prestaciones. De hecho, la combinación de estas tecnologías con los clásicos circuitos impresos rígidos ya está siendo una realidad hoy en día.

Se trata, pues, de ámbitos distintos con aplicaciones diferentes. La gran baza que juega la electrónica impresa en plástico no es competir para sustituir a la de silicio, sino complementarla y abrir un abanico de posibilidades hasta ahora inviables.

“Ha nacido la electrónica flexible, fungible y reciclable”, dice Lluis Terés, del CSIC,  “pues se trata de materiales orgánicos y cada día surgen para ella nuevas potenciales aplicaciones, ya sea con la electrónica impresa por sí sola o en combinación con otras tecnologías”.

PEC4 es miembro de OEA (Organics Electronics Association), de la plataforma 3NEO (Plataforma Española de Nuevos materiales, Nuevas propiedades y Nuevos  procesos de Tecnologías de Impresión e industrias afines). También participa en el proyecto europeo COLAE (Commercialising Organic and Large Area Electronics). Asimismo, los actuales miembros de PEC4, ya sea utilizando esta asociación como paraguas o de forma individual, están vinculados a diversos proyectos de investigación tanto de ámbito europeo como nacional.