xəbərlər

Təbiəti ziyarət etdiyiniz üçün təşəkkür edirik. İstifadə etdiyiniz brauzer versiyasında CSS üçün məhdud dəstək var. Ən yaxşı təcrübə üçün brauzerin daha yeni versiyasını istifadə etməyi (və ya Internet Explorer-də uyğunluq rejimini söndürməyi) tövsiyə edirik. Eyni zamanda. , davamlı dəstəyi təmin etmək üçün biz saytları üslub və JavaScript olmadan göstərəcəyik.
Aşqarlar və aşağı temperaturlu çap prosesləri müxtəlif enerji istehlak edən və enerji istehlak edən elektron cihazları aşağı qiymətə çevik substratlarda birləşdirə bilər. Bununla belə, bu cihazlardan tam elektron sistemlərin istehsalı adətən müxtəlif iş gərginlikləri arasında çevirmək üçün güc elektron cihazları tələb edir. cihazlar.Passiv komponentlər—induktorlar, kondansatörlər və rezistorlar—güc elektronikasında və bir çox başqa tətbiqlərdə vacib olan filtrləmə, qısamüddətli enerji saxlama və gərginliyin ölçülməsi kimi funksiyaları yerinə yetirirlər. Bu məqalədə biz induktorlar, kondansatörlər, rezistorlar və RLC sxemləri çevik plastik altlıqlar üzərində çap olunur və induktorların seriya müqavimətini minimuma endirmək üçün dizayn prosesi haqqında məlumat verin ki, onlar güc elektron cihazlarında istifadə oluna bilsinlər. Çap edilmiş induktor və rezistor daha sonra gücləndirici tənzimləyici dövrəyə daxil edilir.İstehsal üzvi işıq yayan diodlar və çevik litium-ion batareyalar. Gərginlik tənzimləyiciləri, DC-DC çevirici tətbiqlərində ənənəvi səth montaj komponentlərini əvəz etmək üçün çap edilmiş passiv komponentlərin potensialını nümayiş etdirərək, diodları batareyadan gücləndirmək üçün istifadə olunur.
Son illərdə geyilə bilən və geniş sahəli elektron məhsullarda və Əşyaların İnternetində1,2 müxtəlif çevik cihazların tətbiqi işlənib hazırlanmışdır. Bunlara fotovoltaik 3, piezoelektrik 4 və termoelektrik 5 kimi enerji yığan cihazlar daxildir; enerji saxlama cihazları, məsələn, batareyalar 6, 7; və sensorlar 8, 9, 10, 11, 12 və işıq mənbələri kimi enerji istehlak edən cihazlar 13. Ayrı-ayrı enerji mənbələri və yüklərdə böyük irəliləyiş əldə olunsa da, bu komponentlərin tam elektron sistemdə birləşdirilməsi adətən enerji elektronikasını tələb edir. enerji təchizatı davranışı və yük tələbləri arasında hər hansı uyğunsuzluğu aradan qaldırmaq. Məsələn, batareya doldurulma vəziyyətinə uyğun olaraq dəyişən bir gərginlik yaradır. Əgər yük sabit gərginlik tələb edirsə və ya batareyanın yarada biləcəyi gərginlikdən yüksəkdirsə, elektrik elektronikası tələb olunur. .Güc elektronikası kommutasiya və idarəetmə funksiyalarını yerinə yetirmək üçün aktiv komponentlərdən (tranzistorlardan), həmçinin passiv komponentlərdən (induktorlar, kondansatörlər və rezistorlar) istifadə edir.Məsələn, kommutasiya tənzimləyicisinin sxemində hər bir keçid dövrü ərzində enerji saxlamaq üçün induktordan istifadə olunur. , gərginliyin dalğalanmasını azaltmaq üçün bir kondansatör istifadə olunur və əks əlaqəyə nəzarət üçün tələb olunan gərginliyin ölçülməsi rezistor bölücüdən istifadə etməklə həyata keçirilir.
Geyinilə bilən cihazlar üçün uyğun olan elektrik elektron cihazları (məsələn, pulse oksimetr 9) bir neçə volt və bir neçə milliamper tələb edir, adətən yüzlərlə kHz-dən bir neçə MHz-ə qədər tezlik diapazonunda işləyir və bir neçə μH və bir neçə μH endüktans tələb edir və tutum μF müvafiq olaraq 14. Bu sxemlərin istehsalının ənənəvi üsulu diskret komponentləri sərt çap dövrə lövhəsinə (PCB) lehimləməkdir. Güclü elektron sxemlərin aktiv komponentləri adətən bir silikon inteqral sxemdə (IC) birləşdirilsə də, passiv komponentlər adətən xarici, ya xüsusi sxemlərə icazə verir, ya da tələb olunan endüktans və tutumun silikonda həyata keçirilməsi üçün çox böyük olması səbəbindən.
Ənənəvi PCB əsaslı istehsal texnologiyası ilə müqayisədə, əlavə çap prosesi vasitəsilə elektron cihazların və sxemlərin istehsalı sadəlik və qiymət baxımından bir çox üstünlüklərə malikdir. Birincisi, dövrənin bir çox komponentləri eyni materialları, məsələn, kontaktlar üçün metalları tələb edir. və qarşılıqlı əlaqə, çap nisbətən az emal addımları və daha az material mənbəyi ilə eyni vaxtda bir neçə komponentin istehsalına imkan verir15. Fotolitoqrafiya və aşındırma kimi çıxarıcı prosesləri əvəz etmək üçün əlavə proseslərin istifadəsi prosesin mürəkkəbliyini və material tullantılarını daha da azaldır16, 17, 18, və 19.Bundan əlavə, çapda istifadə olunan aşağı temperaturlar çevik və ucuz plastik substratlara uyğundur və bu, böyük ərazilərdə 16, 20 elektron cihazları əhatə etmək üçün yüksək sürətli rulondan rulona istehsal proseslərindən istifadə etməyə imkan verir. Tətbiqlər üçün çap komponentləri ilə tam həyata keçirilə bilməyən hibrid üsullar işlənib hazırlanmışdır ki, burada səthə montaj texnologiyası (SMT) komponentləri aşağı temperaturda çap edilmiş komponentlərin yanında 21, 22, 23 çevik substratlara birləşdirilir. Bu hibrid yanaşmada hələ də Əlavə proseslərin üstünlüklərini əldə etmək və dövrənin ümumi çevikliyini artırmaq üçün mümkün qədər çox SMT komponentini çap edilmiş həmkarları ilə əvəz etmək lazımdır. Çevik güc elektronikasını həyata keçirmək üçün biz SMT aktiv komponentləri və ekranda çap edilmiş passiv birləşməni təklif etdik. böyük həcmli SMT induktorlarının planar spiral induktorlarla əvəz edilməsinə xüsusi diqqət yetirilməklə komponentlər. Çaplı elektronikanın istehsalı üçün müxtəlif texnologiyalar arasında ekran çapı böyük plyonka qalınlığına görə passiv komponentlər üçün xüsusilə uyğundur (bu, metal elementlərin ardıcıl müqavimətini minimuma endirmək üçün lazımdır) ) və yüksək çap sürəti, hətta santimetr səviyyəli sahələri əhatə edərkən də eyni şey bəzən də belədir.Material 24.
Güc elektron avadanlığının passiv komponentlərinin itkisi minimuma endirilməlidir, çünki dövrənin səmərəliliyi sistemi gücləndirmək üçün tələb olunan enerjinin miqdarına birbaşa təsir göstərir. Bu, xüsusilə uzun rulonlardan ibarət çap induktorları üçün çətindir və buna görə də yüksək seriyalara həssasdır. müqavimət.Buna görə də, çap edilmiş rulonların 25, 26, 27, 28 müqavimətini minimuma endirmək üçün bəzi səylər göstərilsə də, güc elektron cihazları üçün hələ də yüksək effektiv çap edilmiş passiv komponentlərin çatışmazlığı var. çevik substratlardakı komponentlər radiotezliyin identifikasiyası (RFID) və ya enerji toplama məqsədləri üçün rezonans sxemlərində işləmək üçün nəzərdə tutulmuşdur 10, 12, 25, 27, 28, 29, 30, 31. Digərləri material və ya istehsal prosesinin inkişafına diqqət yetirir və ümumi komponentləri göstərir Xüsusi tətbiqlər üçün optimallaşdırılmayan 26, 32, 33, 34. Bunun əksinə olaraq, gərginlik tənzimləyiciləri kimi güc elektron sxemləri çox vaxt tipik çap edilmiş passiv cihazlardan daha böyük komponentlərdən istifadə edir və rezonans tələb etmir, buna görə də müxtəlif komponent dizaynları tələb olunur.
Burada güc elektronikası ilə əlaqəli tezliklərdə ən kiçik seriya müqavimətinə və yüksək performansa nail olmaq üçün μH diapazonunda ekran çaplı induktorların dizaynını və optimallaşdırılmasını təqdim edirik. Ekran çaplı induktorlar, kondansatörlər və müxtəlif komponent dəyərlərinə malik rezistorlar istehsal olunur. çevik plastik substratlarda. Bu komponentlərin çevik elektron məhsullar üçün uyğunluğu əvvəlcə sadə RLC sxemində nümayiş etdirildi. Çap edilmiş induktor və rezistor daha sonra gücləndirici tənzimləyici yaratmaq üçün IC ilə birləşdirilir. Nəhayət, üzvi işıq yayan diod (OLED) ) və çevik litium-ion akkumulyator istehsal olunur və OLED-i batareyadan gücləndirmək üçün gərginlik tənzimləyicisi istifadə olunur.
Güc elektronikası üçün çap induktorlarını dizayn etmək üçün əvvəlcə Mohan və digərlərində təklif olunan cari təbəqə modelinə əsaslanaraq bir sıra induktiv həndəsələrin endüktans və DC müqavimətini proqnozlaşdırdıq. 35 və modelin dəqiqliyini təsdiqləmək üçün müxtəlif həndəsi induktorlar hazırlanmışdır. Bu işdə induktor üçün dairəvi forma seçilmişdir, çünki çoxbucaqlı həndəsə ilə müqayisədə daha aşağı müqavimətlə daha yüksək endüktansa 36 nail olmaq olar. Mürəkkəbin təsiri müqavimət üzrə çap dövrlərinin növü və sayı müəyyən edilir. Bu nəticələr daha sonra minimum DC müqaviməti üçün optimallaşdırılmış 4.7 μH və 7.8 μH induktorların dizaynı üçün ampermetr modeli ilə istifadə edilmişdir.
Spiral induktorların endüktans və DC müqaviməti bir neçə parametrlə təsvir edilə bilər: xarici diametri do, dönmə eni w və məsafə s, növbələrin sayı n və keçirici təbəqə müqaviməti Rsheet.Şəkil 1a ipək ekranda çap edilmiş dairəvi induktorun şəklini göstərir. n = 12 ilə, onun endüktansını təyin edən həndəsi parametrləri göstərir. Mohan və başqalarının ampermetr modelinə görə. 35, endüktans induktiv həndəsə seriyası üçün hesablanır, burada
(a) Həndəsi parametrləri göstərən ekranda çap edilmiş induktorun fotoşəkili. Diametri 3 sm-dir. Müxtəlif induktiv həndəsələrin endüktans (b) və DC müqaviməti (c). Xətlər və işarələr müvafiq olaraq hesablanmış və ölçülmüş dəyərlərə uyğundur. (d,e) L1 və L2 induktorlarının sabit cərəyan müqavimətləri müvafiq olaraq Dupont 5028 və 5064H gümüş mürəkkəbləri ilə ekranda çap olunur. (f,g) Dupont 5028 və 5064H tərəfindən çap edilmiş film ekranının SEM mikroqrafikləri müvafiq olaraq.
Yüksək tezliklərdə dəri effekti və parazitar tutum induktorun müqavimətini və endüktansını onun DC dəyərinə uyğun dəyişəcək. İnduktorun kifayət qədər aşağı tezlikdə işləməsi gözlənilir ki, bu təsirlər əhəmiyyətsizdir və cihaz özünü sabit endüktans kimi aparır. ardıcıl olaraq sabit müqavimətlə.Ona görə də biz bu işdə həndəsi parametrlər, endüktans və DC müqaviməti arasındakı əlaqəni təhlil etdik və nəticələrdən istifadə edərək ən kiçik DC müqaviməti ilə verilmiş endüktansı əldə etdik.
İnduktivlik və müqavimət ekran çapı ilə həyata keçirilə bilən bir sıra həndəsi parametrlər üçün hesablanır və μH diapazonunda endüktansın yaranması gözlənilir. Xarici diametrlər 3 və 5 sm, xətt enləri 500 və 1000 mikrondur. , və müxtəlif növbələr müqayisə edilir. Hesablamada vərəq müqavimətinin 47 mΩ/□ olduğu güman edilir ki, bu da 400 mesh ekranla çap edilmiş 7 μm qalınlığında Dupont 5028 gümüş mikroflake keçirici təbəqəyə və w = s parametrinə uyğundur. hesablanmış endüktans və müqavimət dəyərləri müvafiq olaraq Şəkil 1b və c-də göstərilmişdir. Model, xarici diametr və növbələrin sayı artdıqca və ya xəttin eni azaldıqca həm endüktans, həm də müqavimətin artacağını proqnozlaşdırır.
Model proqnozlarının düzgünlüyünü qiymətləndirmək üçün polietilen tereftalat (PET) substratı üzərində müxtəlif həndəsi və endüktansların induktorları hazırlanmışdır. Ölçülmüş endüktans və müqavimət dəyərləri Şəkil 1b və c-də göstərilmişdir. Baxmayaraq ki, müqavimət müəyyən bir sapma göstərmişdir. gözlənilən dəyər, əsasən yatırılan mürəkkəbin qalınlığında və vahidliyindəki dəyişikliklərə görə, endüktans modellə çox yaxşı uyğunluq göstərdi.
Bu nəticələr tələb olunan endüktansa və minimum DC müqavimətinə malik induktorun layihələndirilməsi üçün istifadə oluna bilər. Məsələn, tutaq ki, 2 μH induktivlik tələb olunur. Şəkil 1b göstərir ki, bu endüktans 3 sm xarici diametr, xəttin eni ilə həyata keçirilə bilər. 500 μm və 10 döngə. Eyni endüktans həmçinin 5 sm xarici diametr, 500 μm xəttin eni və 5 döngə və ya 1000 μm xətt eni və 7 döngədən istifadə etməklə də yaradıla bilər (şəkildə göstərildiyi kimi). Bu üçünün müqavimətlərinin müqayisəsi Şəkil 1c-də mümkün həndəsələr, 1000 μm xəttin eni olan 5 sm induktorun ən aşağı müqavimətinin 34 Ω olduğunu tapmaq olar ki, bu da digər ikisindən təxminən 40% aşağıdır. Verilmiş endüktansa nail olmaq üçün ümumi dizayn prosesi minimum müqavimət ilə aşağıdakı kimi ümumiləşdirilir: Birincisi, tətbiq tərəfindən qoyulan boşluq məhdudiyyətlərinə uyğun olaraq maksimum icazə verilən xarici diametrini seçin. Sonra, yüksək doldurma dərəcəsi əldə etmək üçün hələ də tələb olunan endüktansa nail olmaq üçün xəttin eni mümkün qədər böyük olmalıdır. (tənlik (3)).
Metal filmin təbəqə müqavimətini azaltmaq üçün qalınlığı artırmaq və ya daha yüksək keçiriciliyə malik materialdan istifadə etməklə, DC müqaviməti endüktansa təsir etmədən daha da azalda bilər. Həndəsi parametrləri Cədvəl 1-də verilmiş L1 və L2 adlanan iki induktor, müqavimət dəyişikliyini qiymətləndirmək üçün müxtəlif sayda örtüklərlə istehsal olunur. Mürəkkəb örtüklərin sayı artdıqca müqavimət, müvafiq olaraq L1 və L2 induktorları olan Şəkil 1d və e-də göstərildiyi kimi gözlənildiyi kimi mütənasib olaraq azalır. Şəkil 1d və e göstərir ki, 6 qat örtük tətbiq etməklə müqaviməti 6 dəfəyə qədər azaltmaq olar və müqavimətin maksimum azalması (50-65%) 1-ci və 2-ci qat arasında baş verir. Mürəkkəbin hər bir təbəqəsi nisbətən nazik olduğundan, Bu induktorları çap etmək üçün nisbətən kiçik şəbəkə ölçüsü olan ekran (bir düymdə 400 sətir) istifadə olunur ki, bu da keçirici qalınlığının müqavimətə təsirini öyrənməyə imkan verir. Nümunə xüsusiyyətləri şəbəkənin minimum ayırdetmə qabiliyyətindən daha böyük qaldığı müddətdə, a oxşar qalınlığa (və müqavimətə) daha böyük şəbəkə ölçüsü ilə daha az sayda örtük çap etməklə daha sürətli nail olmaq olar. Bu üsul, burada müzakirə olunan 6 örtüklü induktorla eyni DC müqavimətinə nail olmaq üçün istifadə edilə bilər, lakin daha yüksək istehsal sürəti ilə.
Şəkil 1d və e də göstərir ki, DuPont 5064H daha keçirici gümüş lopa mürəkkəbindən istifadə etməklə müqavimət iki dəfə azalır. İki mürəkkəblə çap olunmuş filmlərin SEM mikroqrafiklərindən (Şəkil 1f, g) 5028 mürəkkəbinin aşağı keçiriciliyinin onun kiçik hissəcik ölçüsü və çap edilmiş filmdəki hissəciklər arasında çoxlu boşluqların olması ilə əlaqədar olduğunu gördük. Digər tərəfdən, 5064H daha böyük, daha sıx düzülmüş lopalara malikdir və bu, onu kütləyə daha yaxın edir. gümüş.Bu mürəkkəblə istehsal olunan film 5028 mürəkkəbdən daha nazik olsa da, bir qat 4 μm və 6 qat 22 μm olsa da, keçiriciliyin artması ümumi müqaviməti azaltmaq üçün kifayətdir.
Nəhayət, induktivlik (tənlik (1)) döngələrin sayından (w + s) asılı olsa da, müqavimət (tənlik (5)) yalnız w xəttin enindən asılıdır. Buna görə də, s-ə nisbətən w artıraraq, müqavimət daha da azaldıla bilər. İki əlavə induktor L3 və L4, Cədvəl 1-də göstərildiyi kimi, w = 2s və böyük xarici diametrə malik olmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur. ən yüksək performans. L3 induktivliyi 4,720 ± 0,002 μH, müqaviməti isə 4,9 ± 0,1 Ω, L4 induktivliyi isə 7,839 ± 0,005 μH və 6,9 ± 0,1 Ω-dir ki, bu da proqnoza uyğundur.D qalınlığın, keçiriciliyin və w/s artımı, bu o deməkdir ki, L/R nisbəti Şəkil 1-dəki dəyərə nisbətən böyüklük sırasından çox artıb.
Aşağı DC müqaviməti perspektivli olsa da, kHz-MHz diapazonunda işləyən güc elektron avadanlığı üçün induktorların uyğunluğunun qiymətləndirilməsi AC tezliklərində xarakteristikanı tələb edir. Şəkil 2a L3 və L4-ün müqavimətinin və reaktivliyinin tezlikdən asılılığını göstərir. 10 MHz-dən aşağı tezliklər üçün , müqavimət DC dəyərində təxminən sabit qalır, reaktivlik isə tezliklə xətti olaraq artır, bu o deməkdir ki, endüktans gözlənildiyi kimi sabitdir. Öz-özünə rezonans tezliyi empedansın induktivdən tutuma dəyişdiyi tezlik kimi müəyyən edilir. L3 35,6 ± 0,3 MHz və L4 24,3 ± 0,6 MHz-dir. Q keyfiyyət amilinin tezlikdən asılılığı (ωL/R-ə bərabərdir) Şəkil 2b-də göstərilmişdir.L3 və L4 maksimum keyfiyyət amilləri 35 ± 1 və 33 ± 1-ə çatır. müvafiq olaraq 11 və 16 MHz tezliklərdə. Bir neçə μH induktivliyi və MHz tezliklərində nisbətən yüksək Q bu induktorları aşağı güclü DC-DC çeviricilərində ənənəvi yerüstü induktorları əvəz etmək üçün kifayət edir.
L3 və L4 induktorlarının ölçülən müqaviməti R və reaktivlik X (a) və keyfiyyət faktoru Q (b) tezliklə bağlıdır.
Müəyyən bir tutum üçün tələb olunan izi minimuma endirmək üçün, dielektrik sabitinin ε dielektrik qalınlığına bölünməsinə bərabər olan böyük xüsusi tutumlu kondansatör texnologiyasından istifadə etmək yaxşıdır. Bu işdə biz barium titanat kompozitini seçdik. dielektrik kimi, çünki o, digər məhlulla işlənmiş üzvi dielektriklərə nisbətən daha yüksək epsilona malikdir. Dielektrik təbəqə metal-dielektrik-metal struktur yaratmaq üçün iki gümüş keçirici arasında ekran çap olunur. Şəkil 3a-da göstərildiyi kimi, santimetrlə müxtəlif ölçülü kondansatörlər , yaxşı məhsuldarlığı qorumaq üçün iki və ya üç qat dielektrik mürəkkəbdən istifadə etməklə istehsal olunur. Şəkil 3b, ümumi dielektrik qalınlığı 21 μm olan, iki qat dielektrikdən hazırlanmış nümayəndə kondansatörünün kəsikli SEM mikroqrafını göstərir. Üst və alt elektrodlar müvafiq olaraq bir qatlı və altı qatlı 5064H-dir. Mikron ölçülü barium titanat hissəcikləri SEM təsvirində görünür, çünki daha parlaq sahələr daha tünd üzvi bağlayıcı ilə əhatə olunub. yüksək böyüdücü ilə təsvirdə göstərildiyi kimi çap edilmiş metal film.
(a) Beş müxtəlif sahəyə malik kondansatörün fotoşəkili.(b) Barium titanat dielektrik və gümüş elektrodları göstərən iki qatlı dielektrikli kondansatörün en kəsikli SEM mikroqrafiyası.(c) 2 və 3 barium titanatlı kondansatörlərin tutumları dielektrik təbəqələr və müxtəlif sahələr, 1 MHz-də ölçülür.(d) 2 qat dielektrik örtüklü 2,25 sm2 kondansatörün tutumu, ESR və itki əmsalı arasında əlaqə və tezlik.
Kapasitans gözlənilən sahəyə mütənasibdir. Şəkil 3c-də göstərildiyi kimi, iki qatlı dielektriklərin xüsusi tutumu 0,53 nF/sm2, üç qatlı dielektriklərin xüsusi tutumu isə 0,33 nF/sm2-dir. Bu dəyərlər 13 dielektrik sabitliyinə uyğundur. iki qatlı dielektrikli 2,25 sm2 kondansatör üçün Şəkil 3d-də göstərildiyi kimi, tutum və dissipasiya əmsalı (DF) müxtəlif tezliklərdə də ölçüldü. Biz tapdıq ki, tutum maraq doğuran tezlik diapazonunda nisbətən düz olub, 20% artıb. 1-dən 10 MHz-ə qədər, eyni diapazonda isə DF 0,013-dən 0,023-ə yüksəldi. Dağılma əmsalı enerji itkisinin hər bir AC dövründə saxlanılan enerjiyə nisbəti olduğundan, 0,02 DF idarə olunan gücün 2%-i deməkdir. kondansatör tərəfindən istehlak edilir. Bu itki adətən DF/ωC-yə bərabər olan kondansatörlə ardıcıl qoşulmuş tezlikdən asılı ekvivalent seriya müqaviməti (ESR) kimi ifadə edilir. Şəkil 3d-də göstərildiyi kimi, 1 MHz-dən çox tezliklər üçün, ESR 1,5 Ω-dən aşağıdır və 4 MHz-dən yuxarı tezliklər üçün ESR 0,5 Ω-dən aşağıdır. Bu kondansatör texnologiyasından istifadə edilsə də, DC-DC çeviriciləri üçün tələb olunan μF sinifli kondansatörlər çox böyük sahə tələb edir, lakin 100 pF- nF tutum diapazonu və bu kondensatorların aşağı itkisi onları filtrlər və rezonans sxemləri kimi digər tətbiqlər üçün uyğun edir. Kapasitansı artırmaq üçün müxtəlif üsullardan istifadə edilə bilər. Daha yüksək dielektrik sabiti xüsusi tutumu artırır 37; məsələn, bu, mürəkkəbdə barium titanat hissəciklərinin konsentrasiyasını artırmaqla əldə edilə bilər. Daha kiçik dielektrik qalınlıqdan istifadə edilə bilər, baxmayaraq ki, bunun üçün ekranda çap olunmuş gümüş lopa ilə müqayisədə daha aşağı pürüzlü alt elektrod tələb olunur. Daha nazik, daha aşağı pürüzlü kondansatör təbəqələr ekran çap prosesi ilə birləşdirilə bilən inkjet çap 31 və ya qravür çap 10 ilə yerləşdirilə bilər. Nəhayət, metal və dielektrikdən ibarət çoxlu alternativ təbəqələr üst-üstə yığıla və çap oluna və paralel olaraq birləşdirilə bilər, beləliklə vahid sahəyə görə tutumu 34 artırır. .
Bir cüt rezistordan ibarət bir gərginlik bölücü adətən bir gərginlik tənzimləyicisinin əks əlaqə nəzarəti üçün tələb olunan gərginliyin ölçülməsini yerinə yetirmək üçün istifadə olunur. Bu tip tətbiqlər üçün çap edilmiş rezistorun müqaviməti kΩ-MΩ diapazonunda olmalıdır və arasındakı fərq cihazlar kiçikdir. Burada müəyyən edilmişdir ki, bir qatlı ekranla çap edilmiş karbon mürəkkəbinin təbəqə müqaviməti 900 Ω/□ olmuşdur. Bu məlumat iki xətti rezistorun (R1 və R2) və serpantin rezistorunun (R3) layihələndirilməsi üçün istifadə olunur. ) nominal müqavimətləri ilə 10 kΩ, 100 kΩ və 1,5 MΩ. Nominal dəyərlər arasındakı müqavimət Şəkil 4-də göstərildiyi kimi iki və ya üç qat mürəkkəbin çapı və üç müqavimətin fotoşəkilləri ilə əldə edilir. 8-i düzəldin. Hər növdən 12 nümunə; bütün hallarda, müqavimətin standart sapması 10% və ya daha azdır. İki və ya üç qat örtüklü nümunələrin müqavimət dəyişməsi bir qat örtüklü nümunələrdən bir qədər kiçik olur. Ölçülmüş müqavimətdə kiçik dəyişiklik və nominal dəyərlə sıx uyğunluq göstərir ki, bu diapazondakı digər müqavimətlər birbaşa rezistorun həndəsəsini dəyişdirməklə əldə edilə bilər.
Müxtəlif sayda karbon rezistiv mürəkkəblə örtülmüş üç fərqli rezistor həndəsəsi. Sağ tərəfdə üç rezistorun şəkli göstərilir.
RLC sxemləri real çap sxemlərinə inteqrasiya olunmuş passiv komponentlərin davranışını nümayiş etdirmək və yoxlamaq üçün istifadə edilən rezistor, induktor və kondansatör birləşmələrinin klassik dərslik nümunələridir. Bu dövrədə 8 μH induktor və 0,8 nF kondansatör ardıcıl olaraq birləşdirilir və Onlarla paralel olaraq 25 kΩ rezistor birləşdirilir. Çevik dövrənin fotoşəkili Şəkil 5a-da göstərilmişdir. Bu xüsusi seriya-paralel birləşmənin seçilməsinin səbəbi onun davranışının üç müxtəlif tezlik komponentinin hər biri tərəfindən müəyyən edilməsidir, belə ki, hər bir komponentin performansını vurğulamaq və qiymətləndirmək olar. İnduktivatorun 7 Ω seriyalı müqavimətini və kondansatörün 1.3 Ω ESR müqavimətini nəzərə alaraq, dövrənin gözlənilən tezlik reaksiyası hesablanmışdır. Dövrə diaqramı Şəkil 5b-də göstərilmişdir və hesablanmış empedans amplitüdü və faza və ölçülən dəyərlər Şəkil 5c və d-də göstərilmişdir. Aşağı tezliklərdə kondansatörün yüksək empedansı dövrənin davranışının 25 kΩ rezistor tərəfindən müəyyən edildiyini bildirir. Tezlik artdıqca, empedansın LC yolu azalır; rezonans tezliyi 2.0 MHz olana qədər bütün dövrə davranışı kapasitivdir. Rezonans tezliyindən yuxarıda induktiv empedans üstünlük təşkil edir. Şəkil 5 bütün tezlik diapazonu boyunca hesablanmış və ölçülmüş dəyərlər arasında mükəmməl uyğunluğu aydın şəkildə göstərir. Bu, istifadə olunan modelin o deməkdir ki, burada (burada induktorlar və kondansatörlər seriyalı müqavimətə malik ideal komponentlərdir) bu tezliklərdə dövrə davranışını proqnozlaşdırmaq üçün dəqiqdir.
(a) 25 kΩ rezistorla paralel olaraq 8 μH induktor və 0,8 nF kondansatörün ardıcıl kombinasiyasından istifadə edən ekranda çap edilmiş RLC dövrəsinin fotoşəkili.(b) İndüktör və kondansatörün ardıcıl müqaviməti daxil olmaqla dövrə modeli.(c) ,d) Dövrənin empedans amplitudası (c) və fazası (d).
Nəhayət, gücləndirici tənzimləyicidə çap edilmiş induktorlar və rezistorlar həyata keçirilir. Bu nümayişdə istifadə olunan IC 500 kHz işləmə tezliyi ilə PWM əsaslı sinxron gücləndirici tənzimləyici olan Microchip MCP1640B14-dir. Dövrə diaqramı Şəkil 6a.A-da göstərilmişdir. Enerji saxlama elementləri kimi 4,7 μH induktor və iki kondansatör (4,7 μF və 10 μF) istifadə olunur və əks əlaqə nəzarətinin çıxış gərginliyini ölçmək üçün bir cüt rezistordan istifadə olunur. Çıxış gərginliyini 5 V-a uyğunlaşdırmaq üçün müqavimət dəyərini seçin. Dövrə PCB-də istehsal olunur və onun performansı müxtəlif doldurulma vəziyyətlərində litium-ion batareyasını simulyasiya etmək üçün yük müqaviməti və giriş gərginliyi diapazonunda 3 ilə 4 V arasında ölçülür. Çap edilmiş induktorların və rezistorların səmərəliliyi ilə müqayisə edilir SMT induktorlarının və rezistorlarının səmərəliliyi.SMT kondensatorları bütün hallarda istifadə olunur, çünki bu tətbiq üçün tələb olunan tutum çap edilmiş kondansatörlərlə tamamlanmaq üçün çox böyükdür.
(a) Gərginliyi sabitləşdirən dövrə diaqramı.(b–d) (b) Vout, (c) Vsw və (d) İnduktivatora axan cərəyanın dalğa formaları, giriş gərginliyi 4,0 V, yük müqaviməti 1 kΩ, və çap edilmiş induktor ölçmək üçün istifadə olunur. Bu ölçmə üçün səthə quraşdırılan rezistorlar və kondansatörlərdən istifadə olunur.(e) Müxtəlif yük müqavimətləri və giriş gərginlikləri üçün, bütün səthə montaj komponentləri və çap edilmiş induktorlar və rezistorlardan istifadə edən gərginlik tənzimləyicisi sxemlərinin səmərəliliyi.(f) ) Səth montajının və çap dövrəsinin səmərəlilik nisbəti (e).
4.0 V giriş gərginliyi və 1000 Ω yük müqaviməti üçün çap edilmiş induktorlardan istifadə etməklə ölçülmüş dalğa formaları Şəkil 6b-d-də göstərilmişdir. Şəkil 6c IC-nin Vsw terminalındakı gərginliyi göstərir; induktor gərginliyi Vin-Vsw-dir.Şəkil 6d induktora axan cərəyanı göstərir. SMT və çap edilmiş komponentləri olan dövrənin səmərəliliyi giriş gərginliyi və yük müqavimətindən asılı olaraq Şəkil 6e-də göstərilmişdir və Şəkil 6f səmərəlilik nisbətini göstərir. çap komponentlərinin SMT komponentlərinə. SMT komponentlərindən istifadə etməklə ölçülən səmərəlilik istehsalçının məlumat vərəqində verilmiş gözlənilən dəyərə bənzəyir 14. Yüksək giriş cərəyanında (aşağı yük müqaviməti və aşağı giriş gərginliyi) çap induktorlarının səmərəliliyi əhəmiyyətli dərəcədə aşağıdır. daha yüksək seriya müqavimətinə görə SMT induktorlarının ki.Lakin daha yüksək giriş gərginliyi və daha yüksək çıxış cərəyanı ilə müqavimət itkisi daha az əhəmiyyət kəsb edir və çap edilmiş induktorların performansı SMT induktorlarının performansına yaxınlaşmağa başlayır.Yük müqavimətləri üçün >500 Ω və Vin = 4,0 V və ya >750 Ω və Vin = 3,5 V, çap induktorlarının səmərəliliyi SMT induktorlarının 85% -dən çoxdur.
Şəkil 6d-dəki cari dalğa formasının ölçülmüş güc itkisi ilə müqayisəsi göstərir ki, induktorda müqavimət itkisi gözlənildiyi kimi çap sxemi ilə SMT dövrəsi arasında səmərəlilik fərqinin əsas səbəbidir. Giriş və çıxış gücü 4,0 V-da ölçülür. giriş gərginliyi və 1000 Ω yük müqaviməti SMT komponentləri olan sxemlər üçün 30,4 mVt və 25,8 mVt, çap komponentləri olan sxemlər üçün 33,1 mVt və 25,2 mVt təşkil edir. Buna görə də, çap dövrəsinin itkisi 7,9 mVt-dır ki, bu da 4 mVt3-dən çoxdur. SMT komponentləri ilə dövrə. Şəkil 6d-dəki dalğa formasından hesablanmış RMS induktor cərəyanı 25,6 mA-dır. Onun seriya müqaviməti 4,9 Ω olduğundan, gözlənilən güc itkisi 3,2 mVt-dır. Bu, ölçülmüş 3,4 mVt DC güc fərqinin 96%-ni təşkil edir. Bundan əlavə, dövrə çap induktorları və çap edilmiş rezistorlar və çap induktorları və SMT rezistorları ilə istehsal olunur və arasında əhəmiyyətli səmərəlilik fərqi müşahidə olunmur.
Sonra gərginlik tənzimləyicisi çevik PCB-də hazırlanır (dövrənin çapı və SMT komponentinin performansı Əlavə Şəkil S1-də göstərilmişdir) və enerji mənbəyi kimi çevik litium-ion batareya ilə yük kimi OLED massivi arasında birləşdirilir. Lochner və başqalarının fikrincə. 9 OLED-lərin istehsalı üçün hər bir OLED pikseli 5 V-də 0,6 mA istehlak edir. Batareya, müvafiq olaraq, katod və anod kimi litium kobalt oksidi və qrafitdən istifadə edir və akkumulyatorun çapı üçün ən çox yayılmış üsul olan doktor bıçağı örtüyü ilə istehsal olunur.7 akkumulyatorun tutumu 16 mAh, sınaq zamanı gərginlik isə 4,0 V-dir. Şəkil 7 paralel qoşulmuş üç OLED pikseli gücləndirən çevik PCB-də dövrənin fotosunu göstərir. Nümayiş çap edilmiş güc komponentlərinin digərləri ilə inteqrasiya olunma potensialını nümayiş etdirdi. daha mürəkkəb elektron sistemlər yaratmaq üçün çevik və üzvi cihazlar.
Üç üzvi LED-i gücləndirmək üçün çevik litium-ion batareyalardan istifadə edərək, çap induktorları və rezistorlardan istifadə edərək çevik PCB-də gərginlik tənzimləyicisi dövrəsinin fotoşəkili.
Güc elektron avadanlığında yerüstü montaj komponentlərini əvəz etmək məqsədi ilə çevik PET substratlar üzərində bir sıra dəyərlərə malik ekran çaplı induktorları, kondansatörləri və rezistorları göstərdik. , və xəttin eni-məkan eni nisbəti və aşağı müqavimətli mürəkkəbin qalın təbəqəsindən istifadə etməklə. Bu komponentlər tam çap edilmiş və çevik RLC dövrəsinə inteqrasiya olunub və ən böyük olan kHz-MHz tezlik diapazonunda proqnozlaşdırıla bilən elektrik davranışı nümayiş etdirir. elektrik elektronikasına maraq.
Çap gücünə malik elektron cihazlar üçün tipik istifadə halları yük vəziyyətinə uyğun olaraq dəyişən gərginliklər yarada bilən çevik təkrar doldurulan batareyalar (litium-ion kimi) ilə təchiz edilmiş taxıla bilən və ya məhsula inteqrasiya olunmuş çevik elektron sistemlərdir.Yük (çap və çap daxil olmaqla) üzvi elektron avadanlıq) sabit gərginlik tələb edir və ya batareyanın çıxışından daha yüksək gərginlik tələb edir, gərginlik tənzimləyicisi tələb olunur. Bu səbəbdən çap edilmiş induktorlar və rezistorlar OLED-i sabit gərginliklə gücləndirmək üçün ənənəvi silikon IC-lərlə gücləndirici tənzimləyiciyə inteqrasiya olunur. Dəyişən gərginlikli akkumulyatorun enerji təchizatından 5 V. Yük cərəyanı və giriş gərginliyinin müəyyən diapazonu daxilində bu dövrənin səmərəliliyi səthə quraşdırılan induktorlar və rezistorlardan istifadə edilən idarəetmə dövrəsinin səmərəliliyinin 85%-ni keçir. Material və həndəsi optimallaşdırmalara baxmayaraq, induktorda rezistiv itkilər hələ də yüksək cərəyan səviyyələrində (giriş cərəyanı təxminən 10 mA-dan çox) dövrə performansı üçün məhdudlaşdırıcı amildir. Bununla belə, aşağı cərəyanlarda induktorda itkilər azalır və ümumi performans səmərəliliklə məhdudlaşır. Nümayişimizdə istifadə olunan kiçik OLED-lər kimi bir çox çap edilmiş və üzvi cihazlar nisbətən aşağı cərəyan tələb etdiyindən, çap edilmiş güc induktorları bu cür tətbiqlər üçün uyğun hesab edilə bilər. Aşağı cərəyan səviyyələrində ən yüksək effektivliyə malik olmaq üçün nəzərdə tutulmuş IC-lərdən istifadə etməklə, daha yüksək ümumi çevirici səmərəliliyinə nail olmaq olar.
Bu işdə gərginlik tənzimləyicisi ənənəvi PCB, çevik PCB və səthə montaj komponenti lehimləmə texnologiyası üzərində qurulur, çap edilmiş komponent isə ayrı bir substratda istehsal olunur. Bununla belə, ekran istehsalında aşağı temperaturlu və yüksək özlülüklü mürəkkəblərdən istifadə olunur. çap plyonkaları passiv komponentləri, eləcə də cihaz və səth montajı komponentləri arasında əlaqə yastıqları arasında əlaqəni istənilən substratda çap etməyə imkan verməlidir. Bu, səth montaj komponentləri üçün mövcud aşağı temperatur keçirici yapışdırıcıların istifadəsi ilə birlikdə imkan verəcəkdir bütün dövrə PCB aşındırma kimi çıxarıcı proseslərə ehtiyac olmadan ucuz substratlar (məsələn, PET) üzərində qurulacaq. Buna görə də, bu işdə hazırlanmış ekranda çap edilmiş passiv komponentlər enerji və yükləri birləşdirən çevik elektron sistemlərə yol açmağa kömək edir. yüksək performanslı elektrik elektronikası ilə, ucuz substratlardan istifadə etməklə, əsasən aşqar prosesləri və minimum səth montaj komponentlərinin sayı.
Asys ASP01M ekran printerindən və Dynamesh Inc. tərəfindən təmin edilən paslanmayan polad ekrandan istifadə edərək, passiv komponentlərin bütün təbəqələri 76 μm qalınlığında çevik PET substratda ekran çap edilib. Metal təbəqənin mesh ölçüsü düym başına 400 sətir və 250-dir. dielektrik təbəqə və müqavimət təbəqəsi üçün hər düym üçün xətlər. 55 N, çap sürəti 60 mm/s, qırılma məsafəsi 1,5 mm və sərtliyi 65 olan (metal və rezistiv üçün) Serilor silicidən istifadə edin. qat) və ya 75 (dielektrik təbəqələr üçün) ekran çapı üçün.
Keçirici təbəqələr - induktivatorlar və kondansatörlərin və rezistorların kontaktları - DuPont 5082 və ya DuPont 5064H gümüş mikroflake mürəkkəbi ilə çap olunur. Rezistor DuPont 7082 karbon keçiricisi ilə çap olunur. Kondansatör dielektrik üçün keçirici birləşmə titanat dielektrik BT-10 istifadə olunur. Hər bir dielektrik təbəqəsi plyonkanın vahidliyini yaxşılaşdırmaq üçün iki keçidli (yaş-yaş) çap dövründən istifadə etməklə istehsal olunur. Hər bir komponent üçün çoxlu çap dövrlərinin komponentin performansına və dəyişkənliyinə təsiri araşdırılmışdır. eyni materialdan bir neçə örtük örtüklər arasında 2 dəqiqə ərzində 70 °C-də qurudulmuşdur. Hər bir materialın son qatını tətbiq etdikdən sonra nümunələr tam qurumasını təmin etmək üçün 140 °C-də 10 dəqiqə bişirilmişdir. Ekranın avtomatik hizalanma funksiyası printer sonrakı təbəqələri hizalamaq üçün istifadə olunur. İnduktivatorun mərkəzi ilə təmas DuPont 5064H mürəkkəbi ilə substratın arxasındakı trafaret çap izləri və mərkəzi paddə deşik kəsməklə əldə edilir. Çap avadanlığı arasında əlaqə həmçinin Dupont-dan istifadə edir. 5064H trafaret çapı. Şəkil 7-də göstərilən çevik PCB-də çap edilmiş komponentləri və SMT komponentlərini göstərmək üçün çap edilmiş komponentlər Circuit Works CW2400 keçirici epoksi ilə, SMT komponentləri isə ənənəvi lehimləmə ilə birləşdirilir.
Litium kobalt oksidi (LCO) və qrafit əsaslı elektrodlar, müvafiq olaraq, batareyanın katod və anod kimi istifadə olunur. Katod məhlulu 80% LCO (MTI Corp.), 7,5% qrafit (KS6, Timcal), 2,5 qarışığıdır. % karbon qara (Super P, Timcal) və 10% poliviniliden ftorid (PVDF, Kureha Corp.). ) Anod 84 ağırlıq % qrafit, 4 ağırlıq % karbon qara və 13 ağırlıq % PVDF qarışığıdır. N-Metil-2-pirolidon (NMP, Sigma Aldrich) PVDF bağlayıcısını həll etmək və şlamı dağıtmaq üçün istifadə olunur. bir gecədə burulğan mikserlə qarışdırın. 0,0005 düym qalınlığında paslanmayan polad folqa və 10 μm nikel folqa, müvafiq olaraq, katod və anod üçün cari kollektorlar kimi istifadə olunur. Mürəkkəb 20 çap sürətində silici ilə cari kollektorda çap olunur. mm/s. Solventi çıxarmaq üçün elektrodu sobada 80 °C-də 2 saat qızdırın. Quruduqdan sonra elektrodun hündürlüyü təxminən 60 μm-dir və aktiv materialın çəkisinə əsasən nəzəri tutum 1,65 mAh təşkil edir. /sm2. Elektrodlar 1,3 × 1,3 sm2 ölçülərə kəsildi və bir gecədə vakuum sobasında 140 ° C-də qızdırıldı, sonra azotla doldurulmuş əlcək qutusunda alüminium laminat torbalarla bağlandı. anod və katod və EC/DEC-də 1M LiPF6 (1:1) akkumulyator elektroliti kimi istifadə olunur.
Yaşıl OLED poli(9,9-dioktilfluoren-ko-n-(4-butilfenil)-difenilamin) (TFB) və poli((9,9-dioktilfluoren-2,7- (2,1,3-benzotiadiazol)-dən ibarətdir. 4, 8-diyl)) (F8BT) Lochner et al.
Filmin qalınlığını ölçmək üçün Dektak stilus profilindən istifadə edin. Film skan edilmiş elektron mikroskopiya (SEM) vasitəsilə tədqiq üçün en kəsiyi nümunə hazırlamaq üçün kəsilib. FEI Quanta 3D sahə emissiya silahı (FEG) SEM çap olunmuş materialın strukturunu xarakterizə etmək üçün istifadə olunur. film çəkin və qalınlığın ölçülməsini təsdiqləyin. SEM tədqiqatı 20 keV sürətləndirici gərginlikdə və 10 mm tipik iş məsafəsində aparılmışdır.
DC müqavimətini, gərginliyi və cərəyanı ölçmək üçün rəqəmsal multimetrdən istifadə edin. İnduktorların, kondansatörlərin və sxemlərin AC empedansı 1 MHz-dən aşağı tezliklər üçün Agilent E4980 LCR sayğacı ilə ölçülür və Agilent E5061A şəbəkə analizatoru 500 kHz-dən yuxarı tezliklərin ölçülməsi üçün istifadə olunur. Gərginlik tənzimləyicisinin dalğa formasını ölçmək üçün Tektronix TDS 5034 osiloskopu.
Bu məqaləyə necə istinad etmək olar: Ostfeld, AE və s. Çevik güc elektron avadanlıqları üçün ekran çapı passiv komponentləri.science.Rep. 5, 15959; doi: 10.1038/srep15959 (2015).
Nathan, A. et al. Flexible electronics: növbəti universal platforma. Process IEEE 100, 1486-1517 (2012).
Rabaey, JM Human Intranet: Qrupların insanlarla görüşdüyü yer. 2015-ci il Avropa Konfransı və Dizayn, Avtomatlaşdırma və Sınaq Sərgisində dərc olunmuş məqalə, Qrenobl, Fransa. San Jose, Kaliforniya: EDA Alliance.637-640 (2015, 9 mart- 13).
Krebs, FC və s. OE-A OPV nümayiş etdirən və domini 2011.Enerji mühiti.elm.4, 4116–4123 (2011).
Ali, M., Prakash, D., Zillger, T., Singh, PK & Hübler, AC çaplı piezoelektrik enerji yığan cihazlar. Qabaqcıl enerji materialları.4. 1300427 (2014).
Chen, A., Madan, D., Wright, PK & Evans, JW Dispenser çaplı düz qalın film termoelektrik enerji generatoru.J. Mikromexanika Mikromühəndislik 21, 104006 (2011).
Gaikwad, AM, Steingart, DA, Ng, TN, Schwartz, DE & Whiting, GL Çap edilmiş elektron cihazları gücləndirmək üçün istifadə olunan çevik yüksək potensiallı çap batareyası. App Physics Wright.102, 233302 (2013).
Gaikwad, AM, Arias, AC & Steingart, DA Çap çevik batareyalarında ən son inkişaflar: mexaniki problemlər, çap texnologiyası və gələcək perspektivlər. Enerji texnologiyası.3, 305–328 (2015).
Hu, Y. və s. Struktur sağlamlığın monitorinqi üçün geniş sahəli elektron cihazları və CMOS IC-ləri birləşdirən geniş miqyaslı algılama sistemi. IEEE J. Solid State Circuit 49, 513–523 (2014).