Printed Electronics
La flexibilidad de los materiales permite
aplicaciones innovadoras en sectores como textil inteligente, medicina
personalizada, electrónica portátil, sensores ambientales y embalaje
inteligente. Los dispositivos son delgados, ligeros y maleables, integrándose
fácilmente en ropa, piel, muebles o envases sin perder funcionalidad ni diseño.
Su fabricación se basa en un equilibrio entre tinta funcional, sustrato y
técnica de impresión, representado en el triángulo de la electrónica impresa
(figura 1). La impresión directa reduce interconexiones y componentes,
simplificando el diseño, y permite imprimir múltiples funciones en una sola
pasada. La electrónica híbrida flexible, que combina componentes tradicionales
con circuitos impresos, amplía aún más sus capacidades.
SUSTRATOS
La
impresión electrónica permite fabricar productos flexibles usando sustratos
reciclables como papel, cartón, plásticos, etc. con tecnologías de impresión
convencionales, logrando procesos más rápidos y económicos. Además, facilita
diseños flexibles e integrables usando materiales de bajo coste como textil,
papel y plástico.
- Papel
El papel se destaca como un sustrato orgánico con gran potencial para la electrónica impresa, especialmente en componentes de comunicación de tecnología plana. Sus principales ventajas radican en su bajo coste, la posibilidad de producción masiva y sus beneficios medioambientales derivados de su reciclabilidad. Además, es compatible con técnicas de fabricación en volumen como la serigrafía, inyección de tinta o huecograbado, permitiendo la creación de múltiples capas metálicas.
Sin embargo, el papel aún presenta importantes limitaciones técnicas que dificultan su estandarización como sustrato. Entre ellas se encuentran su rugosidad, elevada absorción de tinta, deformabilidad y baja resistencia térmica, factores que restringen su uso en determinadas aplicaciones. Superar estos retos exige un desarrollo continuo en las tecnologías de impresión de tintas conductoras, especialmente en aplicaciones como las etiquetas RFID.[1]
La
investigación actual se enfoca en la optimización de tratamientos del papel
para mejorar propiedades como la hidrofobia y la adhesión, así como en el
perfeccionamiento de los procesos de impresión, controlando parámetros como la
viscosidad, el curado y la temperatura. Es fundamental la caracterización de
sus propiedades eléctricas y electromagnéticas (constante dieléctrica,
conductividad de tinta, tangente de pérdidas), empleando métodos como las
capacidades de placas paralelas y resonadores planares. Desde 2001, la
impresión electrónica en papel se ha investigado para transistores, sensores,
pantallas, y más recientemente, para antenas RFID y filtros UHF[2]/microondas.
Para el éxito de estos desarrollos, el papel debe exhibir alta hidrofobia y bajas pérdidas electromagnéticas. Las tintas conductoras, especialmente las aplicadas por huecograbado, deben alcanzar conductividades adecuadas para componentes de comunicaciones, siendo el tiempo de curado y la viscosidad de la tinta parámetros clave para sus propiedades eléctricas. En síntesis, el papel sigue siendo objeto de intensa investigación multidisciplinar para consolidarse como un sustrato eficaz y económico para una amplia gama de aplicaciones de electrónica impresa de gran volumen.
- Plásticos
Los plásticos son fundamentales en electrónica impresa, sirviendo como sustratos o componentes funcionales. Los más comunes son PET (bajo coste, flexible, transparente), PI (alta resistencia térmica), PC (transparente y duradero), PEN (estabilidad térmica y mecánica mejorada) y PP (ligero y económico).
Sus ventajas incluyen flexibilidad, maleabilidad para dispositivos curvados o flexibles (pantallas OLED[1], sensores, etiquetas), ligereza, bajo coste en masa y compatibilidad con procesos económicos y escalables como serigrafía e inyección de tinta.
[1]Identificación
por Radiofrecuencia
[2] Ultra
Alta Frecuencia. Banda del espectro electromagnético comprendida entre 300 MHz
y 3 GHz
- Textiles
La electrónica impresa en textiles integra componentes electrónicos en fibras o superficies de tejidos, con aplicaciones en moda, salud y deporte. Se utilizan tintas conductoras con partículas de plata, cobre, grafeno o carbono, impresas en tejidos como algodón y poliéster tratados químicamente para mejorar adhesión. La serigrafía es la técnica ideal para producción a gran escala de circuitos conductores en textiles.
- Metamateriales
Los metamateriales son estructuras artificiales con propiedades electromagnéticas controlables, definidas por su estructura más que por su composición, y miniaturizadas respecto a la longitud de onda. Permiten obtener propiedades únicas y controlables, superando medios naturales.
TINTAS CONDUCTORAS
La impresión de tintas conductivas y dieléctricas sobre sustratos es un proceso aditivo y directo, que reduce tanto los costes de fabricación como el impacto ambiental. Se continúa desarrollando moléculas orgánicas e inorgánicas para tintas electrónicas, muchas de las cuales son más adecuadas que el silicio para aplicaciones de bajo coste y baja complejidad, como etiquetas RFID pasivas, sensores de bajo consumo, pantallas electroluminiscentes simples, envases y tejidos inteligentes.
Para evaluar tintas y tejidos dieléctricos, se utilizan estructuras tipo sándwich con planos conductores externos y materiales dieléctricos internos. Estas se emplean como sensores capacitivos para medir variables como presión, temperatura, humedad, movimiento y tacto. Su desempeño depende de la distancia entre planos y la permeabilidad magnética del dieléctrico, y son menos sensibles a la conductividad de los planos conductores, lo que mejora su comportamiento ante deformaciones.
Los fabricantes buscan desarrollar tintas conductoras, semiconductoras y aislantes para ampliar las posibilidades de la electrónica impresa. Mientras que las tintas conductoras ya tienen estabilidad y funcionalidad probadas, las aislantes y semiconductoras siguen en desarrollo. Destacan avances con semiconductores orgánicos como pentaceno y P3HT, y óxidos metálicos como IGZO, que acercan la electrónica impresa a aplicaciones más complejas como transistores de película delgada (TFT) y sensores de alta precisión.[1]
[1] A Review of the Progress of
Thin-Film Transistors and Their Technologies for Flexible Electronics
Las tintas, tanto orgánicas como inorgánicas, pueden modificarse para obtener propiedades de conductividad, semiconductividad o aislamiento. Las tintas metálicas inorgánicas a base de nanopartículas son especialmente populares por su estabilidad, viscosidad adecuada y baja temperatura de curado, combinando funcionalidad con facilidad de impresión.
Se
desarrollan también tintas electroluminiscentes, dieléctricas, semiconductoras
y conductoras orientadas a superar las limitaciones del silicio, enfocadas en
sensores para variables físicas y químicas como temperatura, humedad y gases
(metano, CO₂, etanol, amoníaco, sulfuro de hidrógeno, oxígeno, ácidos nitroso y
sulfhídrico, mercaptano y aminas biogénicas), con aplicaciones destacadas en
calidad alimentaria. La figura 2, muestra
tintas conductoras para el desarrollo de ropa inteligente.
La tinta
conductora aplicada por huecograbado debe alcanzar conductividades adecuadas
para componentes de comunicaciones como circuitos pasivos y antenas planas. La
tecnología de electrónica impresa y tintas funcionales permite desarrollar
sensores de variables físicas y químicas. El tiempo de curado y la viscosidad
de la tinta (controlada mediante espesantes, nanopartículas de plata y
polímeros) son parámetros clave para sus propiedades eléctricas. Para medir
espesores de papel y tinta se usan espectroscopía infrarroja y balanzas de
precisión, mientras que microscopías SEM y TEM permiten observar la morfología
de nanopartículas. La conectividad de estas partículas, fundamental para el
rendimiento, depende de la temperatura y condiciones de curado.
TÉCNICAS DE IMPRESIÓN
Cada técnica de impresión en electrónica impresa tiene particularidades que afectan el grosor de capa y requieren diferentes viscosidades de tinta, lo cual influye en la conductividad final. Por ello, se evalúan tintas conductoras, flexibles y estirables para sustratos flexibles. Se ha observado que la conductividad disminuye linealmente con el estiramiento, pero puede recuperarse si la deformación no sobrepasa cierto umbral, lo cual es clave para sensores y conexiones estables.[1]
[1]https://www.interempresas.net/Energia/Articulos/300000-La-impresion-electronica-una-realidad-para-el-futuro-de-los-tejidos-inteligentes.html
La
electrónica impresa, como tecnología emergente, integra avances de varias
disciplinas y utiliza tintas conductoras y sustratos no basados en silicio,
respondiendo a la demanda de dispositivos flexibles y de bajo coste. Aunque el
silicio sigue siendo predominante, la adaptación de tecnologías de impresión ha
abierto nuevas posibilidades.
El 60,8 % de cuota de mercado para impresión por contacto en 2023 incluye serigrafía, flexografía y huecograbado.[1] La serigrafía lidera por su versatilidad, espesor de depósito, compatibilidad con distintos materiales y bajo coste.[2]
[1]https://www.globenewswire.com/news-release/2024/03/27/2853059/0/en/Global-Printed-Electronics-Market-is-Poised-to-Reach-a-Valuation-of-USD-62-57-Billion-by-2032-Astute-Analytica.html
[2] Screen printing - Wikipedia
Actualmente,
la investigación se centra en impresión “reel-to-reel” (R2R),
especialmente tecnologías como inkjet y grabado, con tintas basadas en
metales (plata, cobre) y óxidos (zinc). Estas se han probado sobre papel para
componentes de RF y microondas, pero requieren caracterización física,
eléctrica y dieléctrica completa.
También
se están adaptando técnicas convencionales como offset para electrónica
funcional. Las cinco técnicas clave actuales son: offset, flexografía,
serigrafía, inkjet y huecograbado, elegidas por su presencia industrial
o su potencial innovador.
Estas
técnicas se agrupan en dos categorías principales:
· Técnicas analógicas (serigrafía, huecograbado, offset, flexografía): requieren máscaras o patrones físicos, implicando mayor coste inicial pero alta eficiencia en producción masiva.
· Técnicas digitales (inkjet): no requieren patrones, ideales para prototipos y series cortas, aunque más lentas para grandes volúmenes.
La
elección depende del equilibrio entre coste, velocidad, volumen y aplicación
final. No hay una técnica superior universalmente. Otro enfoque emergente es la
impresión 3D con tintas funcionales, que permite objetos tridimensionales con
circuitos embebidos, brindando gran libertad de diseño.
En resumen, la I+D en electrónica impresa se enfoca en adaptar técnicas gráficas y explorar nuevas rutas como la impresión 3D, con el objetivo de lograr una producción electrónica flexible, funcional y en gran escala. A continuación, se detallan las tecnologías principales:
-
Flexografía:
tal y como se muestra en la fig. 3, es una técnica de impresión analógica,
parte de los sistemas “roll-to-roll”. Se caracteriza por utilizar una
plancha flexible (cliché) con las zonas a imprimir en relieve, a la que un
rodillo anilox transfiere tinta desde un depósito. Posteriormente, este cliché
imprime directamente sobre el sustrato mediante contacto y presión. Tras la
impresión, se pueden usar métodos de secado como aire caliente, radiación
ultravioleta o infrarrojos.[1]
[1]https://www.interempresas.net/Energia/Articulos/300000-La-impresion-electronica-una-realidad-para-el-futuro-de-los-tejidos-inteligentes.html
Esta técnica es conocida por su alta velocidad y su
excelente escalabilidad para producción en masa, lo que la hace adecuada para
grandes volúmenes. Es compatible con una amplia variedad de materiales y
permite el uso de tintas de viscosidad baja a media, depositando una capa de
grosor medio.
Entre sus limitaciones se encuentran una resolución
media y su sensibilidad a la presión. A pesar de no ser muy común en
investigación y desarrollo, la flexografía ya es utilizada comercialmente en
aplicaciones como sensores, dispositivos portátiles (vestibles) y empaques
inteligentes.
En la tabla 1 siguiente se resumen las características principales de esta técnica de impresión:
-
Huecograbado:
tal y como se muestra en la figura 4, es un método de impresión analógico que
opera bajo un sistema “roll-to-roll”, similar a la flexografía, donde el
sustrato se desplaza continuamente. Su característica distintiva es que el
patrón de impresión se graba directamente en el cilindro impresor. Este
cilindro, que puede ser de acero o cerámico, contiene pequeñas celdas grabadas
(mecánica o digitalmente por láser) que forman la imagen a transferir. Durante
el proceso, el cilindro gira, recoge tinta directamente de un depósito,
llenando las celdas, y una rasqueta (doctor blade) elimina el exceso de
tinta para garantizar precisión y limpieza. Finalmente, el cilindro transfiere
la tinta al sustrato mediante contacto, imprimiendo la imagen[1].
[1] https://www.interempresas.net/Energia/Articulos/300000-La-impresion-electronica-una-realidad-para-el-futuro-de-los-tejidos-inteligentes.html
El
huecograbado ofrece ventajas significativas como una alta calidad de impresión,
elevada velocidad y la capacidad de trabajar con tintas de baja viscosidad.
Permite obtener un espesor variable de la capa de tinta, generalmente menor que
la serigrafía, y una alta resolución, lo que la hace adecuada para aplicaciones
que exigen precisión. Es muy eficiente para la producción masiva. Una de sus
aplicaciones más prometedoras es la impresión de tintas conductoras sobre papel
para la fabricación de componentes planares en sistemas de comunicaciones de RF
y microondas, buscando miniaturización y buen rendimiento eléctrico. Para ello,
se utilizan tintas conductoras basadas en nanopartículas de plata con
propiedades reológicas adecuadas. Además, se explora su combinación con el
diseño de metamateriales para lograr componentes ultracompactos y multibanda,
llevando la técnica a su límite en resolución y funcionalidad.
A pesar
de sus ventajas, el huecograbado tiene un coste inicial mayor debido a la
necesidad de grabar el cilindro impresor. Enfrenta retos técnicos como las
limitaciones de resolución de los procesos de fabricación convencionales y las
pérdidas dieléctricas y conductoras de los materiales, que pueden afectar el
rendimiento de dispositivos resonantes como filtros. La puesta a punto y
caracterización de esta tecnología es un desafío importante tanto para la
investigación como para su transferencia industrial. Aunque es menos común en
la investigación y desarrollo de electrónica impresa que otras técnicas como inkjet,
es prometedora para aplicaciones en RF y microondas, siendo utilizada en la
fabricación de prototipos complejos de componentes RF, antenas pequeñas y RFID
sin chip.
-
Offset: se
trata de la técnica más utilizada para publicación. También “roll to roll”, se caracteriza en este
caso por utilizar el antagonismo entre el agua y la tinta. El patrón es hecho
con zonas hidrófobas dónde se adhiere la tinta, mientras que en el resto de
superficie la tinta será rechazada por el agua depositada. Este sistema
necesita de una precisa regulación de la tinta y agua depositada. Antes de
pasar al substrato, la tinta se transfiere a un cilindro de goma que
transferirá la imagen finalmente al sustrato final.
-
Serigrafía: tal y como se muestra en la figura 5, la serigrafía
es una técnica de impresión analógica que se distingue por el uso de una
máscara o malla micrométrica colocada entre el sustrato y la tinta. En este
proceso, un desplazador (o rasqueta) empuja la tinta a través de las aberturas
de la malla, las cuales están definidas por el patrón que se desea imprimir.
Este método implica una transferencia directa de tinta al sustrato mediante
presión. A diferencia de los sistemas "roll-to-roll" como la
flexografía o el huecograbado, la serigrafía es un proceso más lento.
Esta técnica es especialmente adecuada para la deposición de capas de tinta más gruesas en una sola pasada. Requiere el uso de tintas de alta viscosidad. Entre sus ventajas clave se encuentran su versatilidad en cuanto a tintas y sustratos, y su bajo coste inicial. Es altamente escalable e ideal para la producción en masa. La malla utilizada puede variar en tupidez y grosor de hilo; cuanto más grueso sea el hilo, mayor cantidad de tinta deposita, aunque con menor definición en el perfil de la imagen impresa.
Sin
embargo, la serigrafía presenta limitaciones en su resolución, la cual es
considerada limitada o baja, especialmente con mallas gruesas. Su velocidad de
producción es relativamente baja comparada con otras técnicas. Aunque se
utiliza en investigación y desarrollo, no es la técnica principal en este
ámbito. Comercialmente, la serigrafía es una tecnología líder en electrónica
impresa por su versatilidad, capacidad de depósito espeso y eficiencia de
costes, representando una cuota de mercado significativa (60.8% en 2023). Sus
aplicaciones notables incluyen la fabricación de baterías, sensores, textiles
inteligentes, circuitos flexibles y etiquetas RFID sin chip.
Inkjet: tal y como se muestra en la figura 6, la impresión inkjet
(o inyección de tinta) es una técnica de impresión digital que se caracteriza
por no requerir una máscara física ni un portador de imagen. A diferencia de
las técnicas analógicas, la imagen se forma mediante la deposición controlada
de gotas de tinta que se unen sobre el sustrato. Este es un proceso de
deposición directa. Existen dos variantes principales: la continua, donde las
gotas se generan constantemente y se redirigen o no al sustrato mediante un
campo eléctrico; y la Drop-on-Demand (DOD), que es la más común en
electrónica impresa y expulsa tinta solo cuando es necesario, utilizando
presión mecánica, térmica o piezoeléctrica.
Los
cabezales piezoeléctricos DOD permiten una alta resolución, un bajo consumo de
tinta (de baja viscosidad) y un control preciso del área y el espesor de la
capa, lo cual es fundamental para aplicaciones funcionales. Es la técnica más
versátil porque no es necesario fabricar elementos físicos para cada impresión,
solo se carga el fichero de imagen al programa. La impresión inkjet
permite trabajar con sustratos flexibles como papel o plásticos, incluso con
geometrías complejas, ya que no requiere contacto directo entre el cabezal y el
sustrato. Es particularmente útil en la fase de prototipado, permitiendo pasar
del diseño al dispositivo con un simple clic. Además, posibilita la deposición
selectiva de capas de materiales conductores, aislantes o funcionales para
crear estructuras multicapa, aplicando procesos de curado térmico o UV entre
capas para estabilizar el material. El clogging, u obstrucción de los
inyectores, es uno de los principales problemas en impresión inkjet,
especialmente con tintas funcionales (conductoras, dieléctricas)
A pesar de sus ventajas, el inkjet es más lento que otras técnicas como el huecograbado. Su coste inicial es bajo a medio. Se utiliza muy comúnmente en investigación y desarrollo (I+D), y aunque su escalabilidad para producción industrial es limitada, ya se emplea comercialmente en sectores específicos. Las aplicaciones notables incluyen la fabricación de antenas RFID, pantallas OLED, filtros UHF y paneles solares, así como prototipos y textiles RFID. De hecho, la impresión por inyección de tinta es actualmente la técnica más común en I+D debido a su precisión y bajo desperdicio de material.
ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA
La electrónica impresa es una tecnología emergente que ha experimentado un notable avance en los últimos 10 a 15 años gracias al desarrollo de tintas funcionales, sustratos flexibles y técnicas de impresión adaptadas a necesidades electrónicas. Aunque algunos principios datan de décadas atrás, su verdadera madurez tecnológica está aún en evolución, con múltiples aplicaciones en fases de validación o comercialización inicial. Un aspecto destacado de esta tecnología es el uso de nuevas moléculas orgánicas e inorgánicas. Algunas de ellas han demostrado un rendimiento superior al del silicio en ciertos contextos, como ocurre con los paneles solares impresos que superan en prestaciones a los de silicio amorfo, lo que augura un futuro prometedor para los dispositivos electrónicos flexibles y de bajo coste.
Esta tecnología es estratégica para Europa, dado que la electrónica convencional está todavía concentrada en EE. UU. y Asia. La electrónica impresa ofrece una oportunidad para que Europa lidere el segmento de producción personalizada y de bajo volumen, que no requiere la enorme inversión de las fábricas de microchips tradicionales.
Actualmente,
la impresión por inyección de tinta (inkjet) es la técnica más común,
especialmente en investigación y desarrollo debido a su precisión, bajo
desperdicio de material y capacidad de imprimir sobre diferentes superficies.
Sin embargo, se están explorando otras técnicas más escalables como el offset,
con el fin de adaptar la electrónica impresa a procesos industriales de gran
volumen. La madurez tecnológica (TRL) de esta tecnología varía ampliamente
según la aplicación. En productos como etiquetas RFID impresas ya se ha
alcanzado un nivel de madurez comercial (TRL 8-9), mientras que los sensores
químicos impresos se encuentran en etapas intermedias de madurez tecnológica,
entre TRL 5-7[1], y los
circuitos lógicos totalmente impresos aún están en fase experimental (TRL < 5[2]),
limitados al laboratorio.
[1]TRL
5: Validación de componente/s en entorno relevante. TRL 6: Modelo o sistema en
entorno relevante. TRL 7: Demostración de sistema prototipo en entorno
operativo
[2]TRL
4: Validación de componentes en laboratorio
Organismos
como IDTechEx, IEEE y Fraunhofer, junto a empresas como DuPont, Merck, Samsung,
LG y BASF, están liderando la investigación y desarrollo en este campo. Las
principales líneas de trabajo incluyen el desarrollo de tintas conductoras
(plata, cobre, polímeros, grafeno), la mejora de propiedades eléctricas y
mecánicas, y la expansión del rango de sustratos utilizados, desde papel hasta
textiles y materiales biodegradables. Las técnicas de impresión más relevantes
en electrónica impresa incluyen la serigrafía, inkjet, flexografía,
offset, huecograbado y también impresión 3D. Cada técnica presenta ventajas y
limitaciones dependiendo del tipo de tinta, sustrato y precisión requerida, lo
que obliga a seleccionar cuidadosamente el método de impresión según la
aplicación específica.
Dado
el estado actual del arte, se consideran estas seis futuras direcciones de
investigación:
1.
Desarrollo de tintas
funcionales avanzadas: investigación en nuevas tintas conductoras,
semiconductoras y dieléctricas con propiedades mejoradas, enfocándose en
sensores para aplicaciones como la calidad alimentaria.
2.
Mejora y expansión
de sustratos: optimización de papel y textiles mediante tratamientos para
mejorar sus propiedades eléctricas y permitir la integración electrónica.
3.
Perfeccionamiento
de técnicas de impresión: avances en impresión reel-to-reel, inkjet,
huecograbado (para RF/microondas y metamateriales) e impresión 3D con tintas
funcionales.
4.
Desarrollo de
Electrónica Híbrida Flexible: Integración de componentes rígidos (chips) en
sustratos flexibles impresos, utilizando adhesivos conductores anisotrópicos
(ECA) para superar limitaciones de temperatura.
5.
Superación de
Desafíos Técnicos y Optimización: Mejora de la resolución de fabricación
(buscando superar 5-10 µm) y reducción de pérdidas dieléctricas/conductoras con
metamateriales, así como el desarrollo de "mini clean rooms"
integradas.
6.
Aplicaciones
Clave y Herramientas de Diseño: impulso de aplicaciones como tags RFID
totalmente impresos (“chipless”), embalaje inteligente (“smart packaging”),
dispositivos vestibles (“wearables”) y energéticos. Esto se apoya en el desarrollo
de herramientas CAD[1]
especializadas con capacidad de simulación para optimizar el diseño.
[1] Diseño asistido por ordenador
MERCADO DE LA ELECTRÓNICA IMPRESA E HÍBRIDA Y APLICACIONES
La
electrónica impresa representa una alternativa más sencilla y económica frente
a la microelectrónica tradicional. Al evitar el proceso de montaje de
componentes, reduce significativamente el tiempo y complejidad del diseño y la
fabricación. En lugar de ensamblar componentes, los circuitos se imprimen por
capas sucesivas de tinta, lo que acelera su fabricación. Aunque no reemplazará
a la microelectrónica de silicio en aplicaciones de alta integración, sí
resulta altamente competitiva en dispositivos sencillos o de bajo coste. Según
proyecciones de IDTechEx[1]
el mercado global de electrónica impresa y flexible superará los 73 mil
millones de dólares para 2025, y se espera que alcance 300 mil millones a largo
plazo.
El mercado futuro de la electrónica impresa se divide en dos grandes ramas: orgánica e inorgánica, compartiendo aplicaciones como sensores, memorias, displays y circuitos inteligentes. Cada una está adaptada a diferentes materiales y necesidades, y se espera una expansión coordinada en distintos sectores industriales. Un reto importante es que la impresión electrónica y la electrónica en sí requieren ambientes muy diferentes. La impresión se realiza en entornos industriales convencionales, mientras que la electrónica exige condiciones limpias y controladas. Para salvar esta brecha, se están desarrollando “mini clean rooms” integradas en las líneas de impresión, mucho más asequibles que las salas blancas convencionales.
Las “mini
clean rooms" son una innovación crucial en el ámbito de la electrónica
impresa, diseñadas para superar la brecha entre los requisitos ambientales de
los procesos de impresión y la fabricación electrónica. Mientras que la
impresión electrónica se lleva a cabo en entornos industriales convencionales,
la producción de componentes electrónicos, incluso los impresos, a menudo exige
condiciones limpias y controladas para asegurar la calidad y el rendimiento.
Estas mini salas limpias se desarrollan para conciliar estas dos realidades,
permitiendo que la electrónica impresa se integre de manera efectiva en líneas
de producción estándar. Su principal ventaja radica en su capacidad para ser
integradas directamente en las líneas de impresión y en su costo
significativamente menor en comparación con las salas blancas convencionales,
que son una inversión considerable utilizada en la microelectrónica de silicio.
Este enfoque facilita una producción más económica y alineada con los objetivos
de alto volumen y bajo costo de la electrónica impresa.
Actualmente,
ya existen productos comerciales basados en electrónica impresa, como pantallas
OLED, etiquetas RFID, paneles solares flexibles y circuitos inteligentes
aplicables en numerosos sectores. Estas soluciones demuestran que la tecnología
es viable, rentable y con gran potencial de crecimiento. En resumen, la
electrónica impresa permite fabricar dispositivos electrónicos de forma más
rápida, sencilla y barata, favoreciendo la personalización, la sostenibilidad y
la producción local. Su evolución tecnológica y expansión comercial la
posicionan como una pieza clave en el futuro de la electrónica.
- Electrónica Híbrida flexible
La electrónica híbrida flexible representa una convergencia entre la electrónica convencional y las nuevas tecnologías impresas sobre sustratos flexibles. Consiste en integrar componentes electrónicos rígidos (como chips, sensores y circuitos integrados) sobre estructuras flexibles que emplean circuitos y antenas impresas. Esta combinación permite dispositivos que son ligeros, flexibles, funcionales y adecuados para aplicaciones portátiles, médicas, textiles inteligentes y embalajes activos.
A diferencia de la electrónica completamente impresa, que aún enfrenta limitaciones en cuanto a complejidad y rendimiento, la electrónica híbrida flexible propone una solución intermedia bajo el principio: "imprima lo que pueda, coloque lo que no pueda". De este modo, se imprimen interconexiones, sensores o antenas sobre sustratos plásticos, mientras que los componentes más sofisticados se integran posteriormente de forma híbrida. Esta estrategia mejora la viabilidad técnica y comercial de muchos dispositivos electrónicos innovadores.
Según IDTechEx[1], se espera que el mercado global de la electrónica híbrida flexible supere los 3 mil millones de dólares para 2030, gracias a su aplicabilidad en sectores como dispositivos portátiles, automoción, salud, envases inteligentes y electrónica textil. La versatilidad de esta tecnología la convierte en una opción prometedora para cubrir necesidades no satisfechas por la microelectrónica tradicional ni por la electrónica totalmente impresa.
Uno de los principales desafíos técnicos de esta tecnología es la fijación fiable de componentes electrónicos sobre sustratos flexibles, que son más sensibles al calor y la deformación mecánica que los sustratos rígidos tradicionales. Los sustratos como el PET (polietilentereftalato) o PEN (naftalato de polietileno) no soportan las temperaturas de soldadura convencionales (≈250 °C), lo que descarta el uso de soldaduras SAC (estaño/plata/cobre) comunes en placas de circuito rígidas (FR4)[2].
Para evitar daños térmicos en sustratos sensibles, se han desarrollado adhesivos conductores eléctricos anisotrópicos (ECA) y soldaduras de baja temperatura, compatibles con procesos como impresión 3D, fabricación aditiva o rollo a rollo (R2R). Los ECA son clave en aplicaciones donde la soldadura convencional no es viable, como en la electrónica integrada en molde (IME), usada en interiores de automóviles con plásticos sensibles al calor. Este mercado se estima alcanzará 1.500 millones de dólares en 2032, reflejando el interés creciente en la electrónica híbrida. Además, los ECA permiten avances en textiles electrónicos y dispositivos ponibles, donde es crucial mantener flexibilidad y elasticidad. También son fundamentales en textiles electrónicos y dispositivos ponibles, donde se usan versiones elastoméricas[3] que mantienen la conexión eléctrica pese al movimiento, habilitando sensores portátiles, parches médicos o ropa inteligente.
Aunque los ECA no tienen auto-alineación como la soldadura por reflujo, permiten conexiones eléctricas selectivas gracias a su curado solo en dirección vertical. Su aplicación localizada y precisa evita cortocircuitos laterales y facilita diseños de interconexión de alta densidad, compensando sus limitaciones mediante técnicas automatizadas de ensamblado.
En conjunto, la electrónica híbrida flexible no solo resuelve las limitaciones técnicas de la electrónica impresa pura, sino que también permite una transición práctica y comercialmente viable hacia dispositivos electrónicos flexibles de nueva generación, sin renunciar al rendimiento de los componentes tradicionales. El modelo híbrido también impulsa la reducción de costes, permite diseños más ligeros y delgados, y favorece la producción descentralizada y personalizada, gracias a su compatibilidad con técnicas de fabricación digital.
Finalmente, mientras que la electrónica basada en FR4 y soldadura convencional seguirá siendo dominante en aplicaciones rígidas y de alta densidad, la electrónica híbrida flexible está destinada a ocupar un lugar esencial en el ecosistema de tecnologías emergentes, especialmente en dispositivos portátiles, conectividad IoT y sistemas interactivos para el consumidor. En conclusión, la electrónica híbrida flexible abre nuevas posibilidades para la fabricación electrónica en sustratos no convencionales, combinando lo mejor de dos mundos: la precisión y fiabilidad de los componentes tradicionales, con la ligereza, maleabilidad y bajo coste de la electrónica impresa flexible.
[3]Alternativas
de soldadura para la transición a la electrónica flexible e integrada - Revista
Electrónica Convertronic - Noticias y Actualidad Electrónica
- Aplicaciones
La electrónica impresa permite fabricar dispositivos electrónicos de bajo coste, ideal para mercados masivos y aplicaciones donde no se requiere la robustez de la electrónica convencional. Se enfoca en productos con mínimo coste por unidad, como etiquetas RFID impresas, que pueden reemplazar al código de barras mediante identificación automática a nivel de ítem (item-level), y sensores impresos de bajo coste, útiles en aplicaciones desechables como diagnóstico médico o monitoreo ambiental.
Sus aplicaciones abarcan dispositivos portátiles y vestibles con sensores biométricos, textiles inteligentes, pantallas OLED flexibles, dispositivos energéticos como baterías, supercondensadores y celdas solares flexibles, así como smart packaging con sensores ambientales, y sistemas IoT de bajo coste para trazabilidad y seguimiento.
En RFID, la electrónica impresa se centra en etiquetas a 13.56 MHz, buscando eliminar la conexión chip-antena para simplificar y abaratar el montaje, aunque no compite directamente con tecnologías UHF ni con etiquetas de baja frecuencia. Un sistema RFID consta de etiqueta, lector y software de gestión, y emplea protocolos anti-colisión. Estas etiquetas pueden ser seguras y personalizables, esenciales en sectores como farmacéutico, moda o joyería.
Una línea de desarrollo destacada es la de tags RFID sin chip (“chipless”), impresos por serigrafía, huecograbado o inkjet sobre papel o cartón. Aunque presentan retos técnicos, ofrecen ventajas en coste y simplicidad para aplicaciones de baja capacidad. También se desarrollan etiquetas RFID híbridas, donde se imprime parte del circuito y se añade un chip mediante hibridación, reduciendo procesos y permitiendo montaje directo sobre el sustrato. Este enfoque requiere mini salas limpias integradas a la línea de impresión, más económicas que las tradicionales.
En la fabricación de pantallas, sensores y circuitos flexibles, se usan sustratos delgados adheridos a soportes rígidos durante el proceso, que luego se separan, permitiendo producción en masa mediante técnicas como flexografía, huecograbado o laminado.
Además, la electrónica impresa se vincula con la electrónica orgánica, ya que muchas tintas funcionales se basan en polímeros o moléculas orgánicas, a diferencia de materiales como silicio o cobre. Estas tintas permiten desarrollar sensores para temperatura, presión, humedad o compuestos químicos. También se investiga la microencapsulación para integrar compuestos clave.
La tecnología incluye la impresión de componentes como LEDs, celdas solares, sensores, transistores, baterías y memorias sobre sustratos rígidos o flexibles, mediante procesos clásicos (rotativas, huecograbado) o inkjet.
HERRAMIENTAS CAD DE DISEÑO DE CIRCUITOS MICROELECTRÓNICOS ORIENTADOS
A IMPRESIÓN ELECTRÓNICA
El diseño de circuitos para electrónica impresa requiere herramientas CAD especializadas, ya que presenta desafíos distintos al diseño convencional sobre sustratos rígidos de silicio. Estos incluyen el uso de sustratos flexibles, tintas funcionales y procesos aditivos, lo que impone restricciones geométricas, térmicas y mecánicas que deben ser consideradas.
Aunque softwares como Altium Designer, Eagle o KiCad pueden adaptarse parcialmente, se reconoce la necesidad de plataformas específicas que integren parámetros del proceso de impresión, como la viscosidad de las tintas, el espesor de las capas, las tolerancias de alineación y los efectos de deformación del sustrato. Además, estas herramientas deben facilitar la visualización y edición de patrones en formatos compatibles con equipos de impresión digital o analógica.
CONCLUSIONES
La electrónica impresa ha dejado de ser una promesa para convertirse en una plataforma sólida que revoluciona la integración de inteligencia electrónica. Gracias a su compatibilidad con materiales flexibles, reciclables y a técnicas de fabricación aditiva de bajo coste, permite diseños más sostenibles, personalizados y portátiles. Su valor no está solo en reemplazar tecnologías tradicionales, sino en habilitar nuevas aplicaciones como sensores en tejidos, dispositivos médicos desechables o etiquetas inteligentes. La electrónica híbrida flexible, que combina lo impreso con lo convencional, lidera esta transformación, pese a desafíos técnicos aún pendientes, y se perfila como una opción clave para el futuro de la electrónica más allá del silicio.
En resumen, la electrónica convencional se basa en sustratos rígidos para PCBs[1], interconexiones de cobre grabadas y circuitos integrados complejos que ofrecen altas capacidades de procesamiento, pero con escasa adaptabilidad física. En contraste, la electrónica totalmente impresa destaca por su flexibilidad, ligereza y potencial de fabricación en masa sobre sustratos no tradicionales, aunque aún presenta limitaciones en cuanto a procesamiento y almacenamiento. La electrónica impresa está todavía en una etapa temprana, lo que la hace aún más emocionante.[2]
La electrónica flexible híbrida surge como un punto de convergencia entre ambos mundos: integra la estructura maleable y los procesos de impresión de la electrónica impresa con la potencia de los componentes tradicionales, dando lugar a sistemas inteligentes, portables y funcionales.
SOBRE EL AUTOR
Juan
Miguel Ibáñez de Aldecoa Quintana es ingeniero industrial (especialidad
electrónica) por la Universidad Pontificia Comillas (ICAI-ICADE). Actualmente
ejerce su labor profesional como Ingeniero Industrial del Estado. Cuenta
también con un Máster en Dirección de Sistemas y Tecnologías de la Información
y las Comunicaciones por la Universidad Politécnica de Madrid.
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