жаңылыктар

Nature.Сиз колдонуп жаткан браузердин версиясы CSS үчүн чектелген колдоого ээ. Мыкты тажрыйба үчүн браузердин жаңыраак версиясын колдонууну сунуштайбыз (же Internet Explorerде шайкештик режимин өчүрүңүз). Ошол эле учурда. , үзгүлтүксүз колдоону камсыз кылуу үчүн, биз стилдери жана JavaScript жок сайттарды көрсөтөбүз.
Кошумчалар жана төмөнкү температурадагы басып чыгаруу процесстери ийкемдүү субстраттарга ар кандай электр энергиясын керектөөчү жана энергияны керектөөчү электрондук түзүлүштөрдү арзан баада бириктире алат. Бирок, бул түзүлүштөрдөн толук электрондук системаларды өндүрүү, адатта, электр энергиясынын ар кандай иштөө чыңалууларынын ортосунда конвертациялоо үчүн электр энергиясы менен иштөөнү талап кылат. түзмөктөр. Пассивдүү компоненттер — индукторлор, конденсаторлор жана резисторлор — чыпкалоо, кыска мөөнөттүү энергияны сактоо жана чыңалууну өлчөө сыяктуу функцияларды аткарышат, алар кубат электроникасында жана башка көптөгөн колдонмолордо маанилүү. Бул макалада биз индукторлорду, конденсаторлорду, резисторлор жана RLC схемалары ийкемдүү пластикалык субстраттарга экранда басылып чыгарылат жана индукторлордун сериялык каршылыгын минималдаштыруу үчүн долбоорлоо процесси жөнүндө кабарлап, алар кубаттуу электрондук шаймандарда колдонулушу мүмкүн. Басылып чыккан индуктор жана резистор андан кийин күчөтүүчү жөнгө салгычтын схемасына кошулат. Өндүрүш органикалык жарык чыгаруучу диоддордун жана ийкемдүү литий-иондук батареялардын.Чыңалууну жөнгө салгычтар диоддорду батареядан кубаттоо үчүн колдонулат, бул DC-DC конвертердик тиркемелердеги салттуу беттик монтаждоо компоненттерин алмаштыруу үчүн басып чыгарылган пассивдүү компоненттердин потенциалын көрсөтөт.
Акыркы жылдары, кийилүүчү жана чоң аймакты электроникалык продуктыларда жана нерселердин Интернетинде1,2 ар кандай ийкемдүү түзүлүштөрдү колдонуу иштелип чыкты. Аларга фотоэлектрдик 3, пьезоэлектрдик 4 жана термоэлектрдик 5 сыяктуу энергия чогултуучу түзүлүштөр кирет;энергияны сактоочу түзүлүштөр, мисалы, батареялар 6, 7;жана электр энергиясын керектөөчү түзүлүштөр, мисалы, сенсорлор 8, 9, 10, 11, 12 жана жарык булактары 13. Жеке энергия булактарында жана жүктөөлөрүндө чоң прогресске жетишилгенине карабастан, бул компоненттерди толук электрондук системага айкалыштыруу, адатта, электр электроникасын талап кылат. кубат менен камсыздоонун жүрүм-туруму менен жүк талаптарынын ортосундагы ар кандай дал келбегендикти жеңүү. Мисалы, батарейка заряддын абалына жараша өзгөрүлмө чыңалууну жаратат. Эгерде жүк туруктуу чыңалууну талап кылса же батарейка түзө ала турган чыңалуудан жогору болсо, электр энергиясы керектелет. .Электрондук электр энергиясы коммутация жана башкаруу функцияларын аткаруу үчүн активдүү компоненттерди (транзисторлорду), ошондой эле пассивдүү компоненттерди (индукторлор, конденсаторлор жана резисторлор) колдонушат.Мисалы, коммутацияны жөнгө салуучу схемада индуктор ар бир коммутация циклинде энергияны сактоо үчүн колдонулат. , бир конденсатор чыңалуунун толкунун азайтуу үчүн колдонулат, ал эми кайтарым байланышты башкаруу үчүн зарыл болгон чыңалуу өлчөө резистор бөлгүчтүн жардамы менен жүргүзүлөт.
Тагылып жүрүүчү түзүлүштөр үчүн ылайыктуу (мисалы, импульс оксиметри 9) кубаттуу электрондук түзүлүштөр бир нече вольт жана бир нече миллиамперди талап кылат, адатта жүздөгөн кГцтен бир нече МГц жыштык диапазонунда иштейт жана бир нече μH жана бир нече μH индуктивдүүлүктү талап кылат жана сыйымдуулук μF 14 тиешелүү түрдө.Бул схемаларды өндүрүүнүн салттуу ыкмасы дискреттик компоненттерди катуу басма схемасына (ПКБ) ширетүү болуп саналат. Күчтүү электрондук схемалардын активдүү компоненттери, адатта, бир кремний интегралдык схемасына (IC) бириктирилгенине карабастан, пассивдүү компоненттер, адатта, тышкы, же ыңгайлаштырылган схемаларга мүмкүндүк берет, же талап кылынган индуктивдүүлүк жана сыйымдуулук кремнийде ишке ашыруу үчүн өтө чоң болгондуктан.
Салттуу PCB негизиндеги өндүрүш технологиясы менен салыштырганда, кошумча басып чыгаруу процесси аркылуу электрондук түзүлүштөрдү жана схемаларды өндүрүү жөнөкөйлүгү жана баасы жагынан көптөгөн артыкчылыктарга ээ. Биринчиден, схеманын көптөгөн компоненттери бир эле материалдарды талап кылат, мисалы контакттар үчүн металлдар жана өз ара байланыштар, басып чыгаруу салыштырмалуу азыраак иштетүү кадамдары жана материалдардын азыраак булактары менен бир эле учурда бир нече компоненттерди өндүрүүгө мүмкүндүк берет. 18, жана 19.Андан тышкары, басып чыгарууда колдонулган төмөн температуралар ийкемдүү жана арзан пластикалык субстраттарга шайкеш келет, бул электрондук шаймандарды 16, 20 чоң аянттарда жабуу үчүн жогорку ылдамдыктагы түрмөктөн түрмөк өндүрүш процесстерин колдонууга мүмкүндүк берет. басылган компоненттер менен толук ишке ашыруу мүмкүн эмес, гибриддик ыкмалар иштелип чыккан, мында беттик орнотуу технологиясы (SMT) компоненттери ийкемдүү субстраттарга 21, 22, 23 төмөн температурада басылган компоненттердин жанында туташтырылган. Бул гибриддик ыкма дагы эле Кошумча процесстердин артыкчылыктарын алуу жана схеманын жалпы ийкемдүүлүгүн жогорулатуу үчүн мүмкүн болушунча көп SMT компоненттерин басылган кесиптештери менен алмаштыруу зарыл. Ийкемдүү электр электроникасын ишке ашыруу үчүн биз SMT активдүү компоненттеринин жана экранда басылган пассивдин айкалышын сунуш кылдык. СМТ индукторлорун тегиздик спиралдык индукторлор менен алмаштырууга өзгөчө басым жасоо менен компоненттер. Басылып чыккан электрониканы өндүрүүнүн ар кандай технологияларынын арасында экрандуу басып чыгаруу өзгөчө пассивдүү компоненттерге ылайыктуу, анткени анын чоң пленкасынын калыңдыгы (бул металл элементтеринин сериялык каршылыгын минималдаштыруу үчүн зарыл). ) жана жогорку басып чыгаруу ылдамдыгы, атүгүл сантиметрлик деңгээлдеги жерлерди жаап жатканда да ушундай болот.
Күчтүү электрондук жабдуулардын пассивдүү компоненттеринин жоготууларын азайтуу керек, анткени чынжырдын эффективдүүлүгү системаны кубаттандыруу үчүн зарыл болгон энергиянын көлөмүнө түздөн-түз таасир этет. Бул өзгөчө узун катушкалардан турган басма индукторлор үчүн кыйын, ошондуктан алар жогорку серияларга дуушар болушат. каршылык.Ошондуктан, басылган катушкалардын 25, 26, 27, 28 каршылыгын азайтуу үчүн кандайдыр бир аракеттер көрүлгөнү менен, электр электрондук шаймандары үчүн жогорку эффективдүү басылган пассивдүү компоненттер дагы эле жетишсиз. ийкемдүү субстраттардагы компоненттер радио жыштыкты идентификациялоо (RFID) же энергия чогултуу максатында резонанстык схемаларда иштөө үчүн иштелип чыккан. 26, 32, 33, 34 конкреттүү колдонмолор үчүн оптималдаштырылган эмес. Ал эми, чыңалуу жөнгө салгычтар сыяктуу электр электрондук схемалары көбүнчө типтүү басылган пассивдүү түзүлүштөргө караганда чоңураак компоненттерди колдонушат жана резонансты талап кылбайт, андыктан ар кандай компоненттердин конструкциялары талап кылынат.
Бул жерде биз кубаттуу электроникага байланыштуу жыштыктарда эң кичинекей сериялык каршылыкка жана жогорку өндүрүмдүүлүккө жетүү үчүн μH диапазонундагы экранда басылган индукторлордун дизайнын жана оптималдаштыруусун киргизебиз. Экранда басылган индукторлор, конденсаторлор жана ар кандай компоненттик маанилери бар резисторлор чыгарылат. ийкемдүү пластикалык субстраттарда. Бул компоненттердин ийкемдүү электрондук өнүмдөр үчүн жарактуулугу адегенде жөнөкөй RLC схемасында көрсөтүлдү. Басылып чыккан индуктор жана резистор андан кийин күчөтүүчү жөнгө салгычты түзүү үчүн IC менен бириктирилет. Акыры, органикалык жарык чыгаруучу диод (OLED) ) жана ийкемдүү литий-иондук батарейка чыгарылып, OLEDди батареядан кубаттандыруу үчүн чыңалуу жөнгө салгыч колдонулат.
Күчтүү электроника үчүн басылган индукторлорду долбоорлоо үчүн биз алгач Mohan et al.35, жана ар кандай геометриялык жасалма индукторлор моделдин тактыгын тастыктоо үчүн. Бул иште индуктор үчүн тегерек форма тандалган, анткени көп бурчтуу геометрияга салыштырмалуу азыраак каршылык менен 36 жогорку индуктивдүүлүккө жетишүүгө болот. Сиянын таасири каршылык боюнча басып чыгаруу циклдарынын түрү жана саны аныкталат. Андан кийин бул натыйжалар минималдуу DC каршылык үчүн оптималдаштырылган 4,7 μH жана 7.8 μH индукторлорду долбоорлоо үчүн амперметр модели менен колдонулган.
Спиралдык индукторлордун индуктивдүүлүгү жана туруктуу токтун каршылыгы бир нече параметрлер менен сүрөттөлүшү мүмкүн: сырткы диаметри до, бурулуштун туурасы w жана аралыктары s, бурулуштардын саны n жана өткөргүч барактын каршылыгы Rsheet.Figure 1a жибек экранда басылган тегерек индуктордун сүрөтүн көрсөтөт. n = 12 менен, анын индуктивдүүлүгүн аныктоочу геометриялык параметрлерди көрсөтүү. Мохан ж.б. амперметр моделине ылайык.35, индуктивдүүлүк индуктивдүү геометриялык бир катар үчүн эсептелет, мында
(а) геометриялык параметрлерди көрсөткөн экрандан басылган индуктордун сүрөтү. Диаметри 3 см. Inductance (б) жана DC каршылык (с) ар кандай индуктор геометрияларынын. Сызыктар жана белгилер тиешелүүлүгүнө жараша эсептелген жана өлчөнгөн маанилерге туура келет. (d,e) L1 жана L2 индукторлорунун туруктуу ток каршылыктары тиешелүүлүгүнө жараша Dupont 5028 жана 5064H күмүш сыялары менен экранда басылган. (f,g) Тиешелүүлүгүнө жараша Dupont 5028 жана 5064H басып чыгарган пленкалардын экранынын SEM микрографтары.
жогорку жыштыктарда, тери таасири жана мите сыйымдуулугу анын DC маанисине жараша индуктор каршылык жана индуктивдүү өзгөрөт. Индуктор бул таасирлер анчалык деле төмөн болгон жетиштүү төмөн жыштыкта ​​иштеши күтүлүүдө, жана аппарат туруктуу индуктивдүү катары өзүн алып жүрөт. катар туруктуу каршылык менен.Ошондуктан, бул иште биз геометриялык параметрлердин, индуктивдүүлүктүн жана туруктуу токтун каршылыгынын ортосундагы байланышты талдап, натыйжаларды эң кичине туруктуу токтун каршылыгы менен берилген индуктивдүүлүктү алуу үчүн колдондук.
Индуктивдүүлүк жана каршылык экранды басып чыгаруу аркылуу ишке ашырыла турган бир катар геометриялык параметрлер үчүн эсептелет жана μH диапазонундагы индуктивдүүлүк пайда болот деп күтүлүүдө.Сырткы диаметри 3 жана 5 см, сызык туурасы 500 жана 1000 микрон , жана ар кандай бурулуштар салыштырылат. Эсептөөдө барактын каршылыгы 47 мΩ/□ деп болжолдонууда, бул 400 тор экран менен басылган 7 мкм калыңдыктагы Dupont 5028 күмүш микрофлейк өткөргүч катмарына жана w = s орнотуусуна туура келет. эсептелген индуктивдүүлүк жана каршылык маанилери тиешелүүлүгүнө жараша 1b жана в-сүрөттөрүндө көрсөтүлгөн. Модель индуктивдүүлүк да, каршылык да сырткы диаметр жана бурулуштардын саны көбөйгөн сайын же сызык туурасы азайган сайын көбөйөрүн болжолдойт.
Моделдик болжолдоолордун тактыгына баа берүү үчүн, ар кандай геометриялык жана индуктивдүүлүктөгү индукторлор полиэтилентерефталат (ПЭТ) субстратында жасалган. Өлчөнгөн индуктивдүүлүк жана каршылык көрсөткүчтөрү 1b жана c-сүрөттө көрсөтүлгөн. күтүлгөн маани, негизинен, депонирленген сыянын калыңдыгынын жана бирдейлигинин өзгөрүшүнө байланыштуу, индуктивдүүлүк модель менен абдан жакшы макулдашууну көрсөттү.
Бул натыйжалар талап кылынган индуктивдүү жана минималдуу DC каршылыгы менен индуктивдүү түзүлүштү долбоорлоо үчүн колдонулушу мүмкүн. Мисалы, 2 μH индуктивдүүлүк талап кылынат дейли. Figure 1b бул индуктивдүүлүктү 3 см сырткы диаметри, сызык туурасы менен ишке ашырууга болорун көрсөтүп турат. 500 мкм жана 10 айлануу. Ошол эле индуктивдүүлүк да 5 см тышкы диаметри, 500 мкм сызык туурасы жана 5 айлануу же 1000 мкм сызык туурасы жана 7 айлануу (сүрөттө көрсөтүлгөндөй) аркылуу түзүлүшү мүмкүн. Бул үчөөнүн каршылыктарын салыштыруу 1c-сүрөттө мүмкүн болгон геометриялар, сызык туурасы 1000 мкм болгон 5 см индуктордун эң төмөнкү каршылыгы 34 Ом экенин табууга болот, бул башка экиге караганда болжол менен 40% төмөн. Берилген индуктивдүүлүккө жетүү үчүн жалпы долбоорлоо процесси минималдуу каршылык менен төмөнкүдөй жыйынтыкталат: Биринчиден, өтүнмө тарабынан коюлган мейкиндик чектөөлөрүнө ылайык максималдуу уруксат берилген тышкы диаметрди тандаңыз. Андан кийин, линиянын туурасы мүмкүн болушунча чоң болушу керек, ал эми дагы эле жогорку толтуруу ылдамдыгын алуу үчүн талап кылынган индуктивдүүлүккө жетишүү керек. (Теңдеме (3)).
Жоондугун жогорулатуу же металл пленканын барак каршылыгын азайтуу үчүн жогорку өткөргүчтүк менен материалды колдонуу менен, DC каршылык андан ары L1 жана L2 деп аталган геометриялык параметрлери 1-таблицада берилген inductance.Two inductors, таасирин тийгизбестен азайтылышы мүмкүн, каршылыктын өзгөрүшүн баалоо үчүн ар кандай сандагы каптамалар менен өндүрүлгөн. Сыя каптоолордун саны көбөйгөн сайын каршылык күтүлгөндөй пропорционалдуу түрдө азаят. жабуунун 6 катмарын колдонуу менен, каршылык 6 эсеге чейин кыскарышы мүмкүн экенин көрсөтүп турат, ал эми каршылык максималдуу кыскарышы (50-65%) 1 катмар менен 2 катмардын ортосунда болот. Сыянын ар бир катмары салыштырмалуу жука болгондуктан, салыштырмалуу кичинекей сетка өлчөмү менен экран (дюймине 400 сызыктар) бул индукторлорду басып чыгаруу үчүн колдонулат, ал бизге өткөргүч жоондугунун каршылыкка тийгизген таасирин изилдөөгө мүмкүндүк берет. окшош жоондугу (жана каршылык) көп сетка size.This ыкма менен капталган аз сандагы басып чыгаруу менен тезирээк жетишүүгө болот, бул жерде талкууланган 6-капталган индуктор эле DC каршылык жетүү үчүн колдонулушу мүмкүн, бирок жогорку өндүрүш ылдамдыгы менен.
1d жана e фигуралары ошондой эле DuPont 5064H өткөргүч күмүш үлүш сыяны колдонуу менен каршылык эки эсеге азайарын көрсөтүп турат. Эки сыя менен басылган тасмалардын SEM микросүрөттөрүнөн (Figure 1f, g), ал 5028 сыянын төмөнкү өткөргүчтүгү анын кичинекей бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүнө жана басылып чыккан тасмадагы бөлүкчөлөрдүн ортосунда көптөгөн боштуктардын болушуна байланыштуу экенин көрдү. Башка жагынан алганда, 5064H чоңураак, тыгызыраак жайгаштырылган үлүшкө ээ, бул анын массага жакыныраак болушун шарттайт. silver.Bu сыя менен өндүрүлгөн тасма 5028 сыяга караганда жука болсо да, бир катмар 4 мкм жана 6 катмар 22 мкм, өткөргүчтүктү жогорулатуу жалпы каршылык азайтуу үчүн жетиштүү болуп саналат.
Акыр-аягы, индуктивдүүлүк (теңдеме (1)) бурулуштардын санына (w + s) көз каранды болсо да, каршылык (теңдеме (5)) сызыктын туурасына гана көз каранды w.Ошондуктан, w s ге салыштырмалуу көбөйтүү менен, каршылык андан ары кыскартылышы мүмкүн. Эки кошумча индуктор L3 жана L4 1-таблицада көрсөтүлгөндөй, w = 2s жана чоң сырткы диаметрге ээ болууга ылайыкташтырылган. эң жогорку көрсөткүч. L3 индуктивдүүлүгү 4,720 ± 0,002 μH жана каршылык 4,9 ± 0,1 Ом, ал эми L4 индуктивдүүлүгү 7,839 ± 0,005 μH жана 6,9 ± 0,1 Ом болуп саналат, алар болжолдоо менен жакшы макулдашат.D калыңдыгынын, өткөргүчтүгүнүн жана в/снын көбөйүшү, бул L/R катышы 1-сүрөттөгү мааниге салыштырмалуу чоңдуктун тартибинен ашык көбөйгөнүн билдирет.
Туруктуу токтун төмөн каршылыгы келечектүү болсо да, кГц-МГц диапазонунда иштеген электрдик электр жабдуулары үчүн индукторлордун ылайыктуулугун баалоо AC жыштыктарында мүнөздөмөлөрдү талап кылат. 2а-сүрөт L3 жана L4. 10 МГц төмөн жыштыктар үчүн каршылыктын жана реактивдүүлүктүн жыштыгына көз карандылыгын көрсөтөт. , каршылык анын DC маанисинде болжол менен туруктуу бойдон калууда, ал эми реактивдүүлүк жыштык менен сызыктуу көбөйөт, бул индуктивдүүлүк күтүлгөндөй туруктуу дегенди билдирет. Өзүн-өзү резонанстык жыштык импеданс индуктивдүүдөн сыйымдуулукка өзгөргөн жыштык катары аныкталат. L3 35,6 ± 0,3 МГц жана L4 24,3 ± 0,6 МГц. Сапат факторунун Q жыштыгына көз карандылыгы (ωL/Rге барабар) 2b-сүрөттө көрсөтүлгөн.L3 жана L4 35 ± 1 жана 33 ± 1 сапаттын максималдуу факторлоруна жетет. тиешелүүлүгүнө жараша 11 жана 16 МГц жыштыктарда. Бир нече μH индуктивдүүлүк жана МГц жыштыктарында салыштырмалуу жогорку Q бул индукторлорду аз кубаттуулуктагы DC-DC өзгөрткүчтөрүндөгү салттуу жер үстүндөгү индукторлорду алмаштыруу үчүн жетиштүү кылат.
L3 жана L4 индукторлордун өлчөнгөн каршылыгы R жана реактивдүүлүк X (а) жана сапат фактору Q (b) жыштыкка байланыштуу.
Берилген сыйымдуулук үчүн талап кылынган изди азайтуу үчүн, диэлектриктин калыңдыгына бөлүнгөн ε диэлектрдик туруктуулугуна барабар болгон чоң өзгөчө сыйымдуулуктагы конденсатор технологиясын колдонуу эң жакшы. диэлектрик катары, анткени ал башка эритмеде иштетилген органикалык диэлектриктерге караганда эпсилонго ээ. Диэлектрик катмары металл-диэлектрик-металл структурасын түзүү үчүн эки күмүш өткөргүчтүн ортосунда экранга басылган. Сантиметрде ар кандай өлчөмдөгү конденсаторлор, 3a-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. , жакшы yield.Figure 3b сактоо үчүн диэлектрдик сыя эки же үч катмарын колдонуу менен өндүрүлгөн. 21 μm.The жогорку жана төмөнкү электроддор жалпы диэлектрдик жоондугу менен, эки катмар диэлектрик менен жасалган өкүл конденсатор бир кесилишинин SEM micrograph көрсөтөт. бир катмарлуу жана алты катмарлуу 5064H болуп саналат. Микрон өлчөмүндөгү барий титанат бөлүкчөлөрү SEM сүрөттөлүштө көрүнүп турат, анткени жаркыраган жерлер кара түстөгү органикалык байланыштыргыч менен курчалган. жогорку чоңойтуу менен иллюстрацияда көрсөтүлгөндөй, басма металл пленкасы.
(а) Беш түрдүү аймактары бар конденсатордун сүрөтү.(б) барий титанаттык диэлектрик жана күмүш электроддор көрсөтүлгөн эки катмар диэлектрик менен конденсатордун кесилиштүү SEM микрографы.(c) 2 жана 3 барий титанаты бар конденсаторлордун сыйымдуулугу диэлектрдик катмарлар жана ар түрдүү аймактар, 1 МГц менен өлчөнөт.(г) 2 катмар диэлектрдик каптамалар жана жыштык менен 2,25 см2 конденсатордун сыйымдуулугу, ESR жана жоготуу коэффициентинин ортосундагы байланыш.
сыйымдуулугу күтүлгөн аймакка пропорционалдуу.3c-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, эки катмарлуу диэлектриктин салыштырма сыйымдуулугу 0,53 нФ/см2, ал эми үч катмарлуу диэлектриктин салыштырма сыйымдуулугу 0,33 нФ/см2. Бул маанилер 13 диэлектрик өтүмдүүлүгүнө туура келет. сыйымдуулук жана диссипация фактору (DF) 3d-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, эки катмарлуу диэлектрик менен 2,25 см2 конденсатор үчүн ар кандай жыштыктарда ченелген. Биз сыйымдуулук 20% га көбөйүп, кызыккан жыштык диапазонунда салыштырмалуу жалпак экенин байкадык. 1ден 10 МГцке чейин, ошол эле диапазондо DF 0,013төн 0,023кө чейин көбөйдү. Диссипация фактору энергиянын жоготуусунун ар бир AC циклинде сакталган энергияга катышы болгондуктан, 0,02 DF 2% иштетилген кубаттуулукту билдирет. конденсатор тарабынан сарпталат. Бул жоготуу, адатта, жыштыкка көз каранды эквиваленттүү катар каршылык (ESR) катары конденсатор менен катар туташтырылган, ал DF/ωCге барабар. 3d-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, 1 МГцден жогору жыштыктар үчүн, ESR 1,5 Ω төмөн, ал эми 4 MHz жогору жыштыктар үчүн, ESR 0,5 Ω төмөн. Бул конденсатор технологиясын колдонуу менен, DC-DC өзгөрткүчтөр үчүн талап кылынган μF класстагы конденсаторлор абдан чоң аймакты талап кылат, бирок 100 pF- nF сыйымдуулугу диапазону жана бул конденсаторлордун аз жоготуулары аларды башка колдонмолор үчүн ылайыктуу кылат, мисалы, чыпкалар жана резонанстык схемалар .Ар кандай ыкмалар сыйымдуулукту жогорулатуу үчүн колдонулушу мүмкүн. Жогорку диэлектрик туруктуу өзгөчө сыйымдуулукту 37 жогорулатат;мисалы, бул экранда басылган күмүш flake.Thinner, төмөн оройлук Capacitor караганда төмөн оройлук менен төмөнкү электродду талап кылат да, сыя менен барий титанат бөлүкчөлөрүнүн концентрациясын жогорулатуу аркылуу жетишүүгө болот. катмарларды струйный басып чыгаруу 31 же гравюралык басып чыгаруу 10 аркылуу коюуга болот, ал экрандуу басып чыгаруу процесси менен айкалыштырылышы мүмкүн. Акырында, металлдын жана диэлектриктин бир нече кезектешкен катмарларын тизип, басып чыгарууга жана параллелдүү туташтырууга болот, ошону менен бирдиктин сыйымдуулугу 34 ге жогорулайт. .
Бир жуп резисторлордон турган чыңалуу бөлгүч, адатта, чыңалуу жөнгө салуучунун кайтарым байланышын көзөмөлдөө үчүн зарыл болгон чыңалуу өлчөө үчүн колдонулат. Колдонуунун бул түрү үчүн, басылган каршылыктын каршылыгы kΩ-MΩ диапазонунда болушу керек жана ортосундагы айырма түзмөктөр кичинекей.Бул жерде, бир катмарлуу экранда басылган көмүр сыясынын барак каршылыгы 900 Ω/□ экени аныкталган. ) номиналдуу каршылыктары менен 10 кОм, 100 кОм жана 1,5 МОм. Номиналдуу маанилердин ортосундагы каршылык 4-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, сыянын эки же үч катмарын жана үч каршылыктын сүрөттөрүн басып чыгаруу аркылуу жетишилет. 8- Ар бир түрдөгү 12 үлгү;бардык учурларда, каршылык стандарттуу четтөө 10% же андан аз болуп саналат. Эки же үч катмар каптоо менен үлгүлөрдүн каршылык өзгөртүү coating.The өлчөнгөн каршылык бир катмар менен үлгүлөрүнүн караганда бир аз азыраак болот. жана номиналдык мааниге жакын макулдашуу бул диапазондогу башка каршылыктарды резистордун геометриясын өзгөртүү жолу менен түздөн-түз алууга болорун көрсөтөт.
Үч түрдүү резистордун геометриясы, ар кандай сандагы көмүр резистор сыя каптоолору. Үч резистордун сүрөттөрү оң жакта көрсөтүлгөн.
RLC схемалары чыныгы басып чыгаруу схемаларына интеграцияланган пассивдүү компоненттердин жүрүм-турумун көрсөтүү жана текшерүү үчүн колдонулган резистор, индуктор жана конденсатор айкалыштарынын классикалык окуу китептериндеги мисалдары. Бул схемада 8 мкН индуктор жана 0,8 нФ конденсатор катар менен туташтырылган жана Алар менен 25 кОм резистор параллель туташтырылган. Ийкемдүү чынжырдын фотосу 5а-сүрөттө көрсөтүлгөн. Бул өзгөчө катар-параллель айкалышын тандоонун себеби, анын жүрүм-туруму үч түрдүү жыштык компонентинин ар бири менен аныкталат, ошондуктан ар бир компоненттин өндүрүмдүүлүгүн бөлүп көрсөтүүгө жана баалоого болот. Индуктордун 7 Ом катар каршылыгын жана конденсатордун 1,3 Ом ESR каршылыгын эске алуу менен чынжырдын күтүлгөн жыштык реакциясы эсептелген. Схема 5b-сүрөттө көрсөтүлгөн жана эсептелген импеданс амплитудасы жана фазасы жана өлчөнгөн маанилери 5c жана d-сүрөттөрүндө көрсөтүлгөн. Төмөн жыштыктарда конденсатордун жогорку импедансы чынжырдын жүрүм-туруму 25 кОм резистор менен аныкталат дегенди билдирет. Жыштык өскөн сайын импеданс LC жолу төмөндөйт;Резонанстык жыштык 2,0 МГц болгонго чейин чынжырдын бүт жүрүм-туруму сыйымдуулукка ээ. Резонанстык жыштыктан жогору индуктивдүү импеданс үстөмдүк кылат. 5-сүрөт бүт жыштык диапазонундагы эсептелген жана өлчөнгөн маанилердин ортосундагы эң сонун макулдашууну ачык көрсөтүп турат. Бул модель колдонулган дегенди билдирет. бул жерде (мында индукторлор жана конденсаторлор сериялык каршылыгы бар идеалдуу компоненттер) бул жыштыктарда чынжырдын жүрүм-турумун алдын ала айтуу үчүн так.
(a) 25 кОм резистор менен параллелдүү 8 мкН индуктор менен 0,8 нФ конденсатордун катар айкалышын колдонгон экранда басылган RLC схемасынын сүрөтү.(b) Индуктор менен конденсатордун сериялык каршылыгын камтыган схеманын модели.(c) ,г) схеманын импеданс амплитудасы (с) жана фазасы (г).
Акыр-аягы, басылган индукторлор жана резисторлор күчөтүү жөнгө салгычта ишке ашырылат. Бул демонстрацияда колдонулган IC Microchip MCP1640B14 болуп саналат, ал PWM негизиндеги 500 кГц иштөө жыштыгы менен синхрондуу күчөтүүчү жөнгө салуучу. Схема 6a.A сүрөттө көрсөтүлгөн. Энергияны сактоочу элементтер катары 4,7 мкН индуктор жана эки конденсатор (4,7 мкФ жана 10 мкФ) колдонулат, ал эми кайтарым байланыш башкаруусунун чыгыш чыңалуусун өлчөө үчүн бир жуп резистор колдонулат. Чыгуу чыңалуусун 5 В чейин тууралоо үчүн каршылыктын маанисин тандаңыз. Схема PCBде өндүрүлгөн жана анын иштеши литий-иондук батарейканы ар кандай заряддоо абалында симуляциялоо үчүн жүккө каршылыктын чегинде жана 3-4 V кириш чыңалуу диапазонунда өлчөнөт. Басылып чыккан индукторлордун жана резисторлордун натыйжалуулугу SMT индукторлорунун жана резисторлорунун эффективдүүлүгү. SMT конденсаторлору бардык учурларда колдонулат, анткени бул колдонмо үчүн талап кылынган сыйымдуулук басылган конденсаторлор менен бүтүрүү үчүн өтө чоң.
(а) Чыңалууну стабилдештирүү схемасынын диаграммасы.(b–d) (b) Vout, (c) Vsw жана (г) Индукторго агып жаткан токтун толкун формалары, кириш чыңалуу 4,0 В, жүктүн каршылыгы 1 кОм, жана басылган индуктор өлчөө үчүн колдонулат. Бул өлчөө үчүн беттик монтаждоочу резисторлор жана конденсаторлор колдонулат.(e) Ар кандай жүк каршылыктары жана кириш чыңалуулары үчүн, бардык беттик монтаждоо компоненттерин жана басылган индукторлорду жана резисторлорду колдонуу менен чыңалуу жөнгө салуучу схемалардын эффективдүүлүгү.(f) ) Жер үстүндөгү монтаждын жана басып чыгаруу схемасынын эффективдүү катышы (e).
4,0 V кириш чыңалуу жана 1000 Ом жүк каршылык үчүн, басылган индукторлордун жардамы менен өлчөнгөн толкун формалары 6b-d-сүрөттө көрсөтүлгөн. 6c-сүрөттө ICтин Vsw терминалындагы чыңалуу көрсөтүлгөн;индуктордук чыңалуу Vin-Vsw.Figure 6d индукторго агып жаткан токту көрсөтөт. SMT жана басылган компоненттер менен чынжырдын эффективдүүлүгү 6e-сүрөттө кириш чыңалууга жана жүккө каршылыкка байланыштуу, ал эми 6f-сүрөттө эффективдүү катышы көрсөтүлгөн. басма компоненттеринин SMT компоненттерине. SMT компоненттеринин жардамы менен өлчөнгөн натыйжалуулук өндүрүүчүнүн маалымат баракчасында берилген күтүлгөн мааниге окшош 14. Жогорку кириш токунун (төмөн жүккө каршылык жана төмөн кириш чыңалуу) учурунда басылып чыккан индукторлордун эффективдүүлүгү кыйла төмөн. SMT индукторлорунун жогорку сериялык каршылыгына байланыштуу. Бирок, жогорку кириш чыңалуу жана жогорку чыгуу тогу менен, каршылык жоготуу анча маанилүү болуп калат жана басылып чыккан индукторлордун иштеши SMT inductors.For жүк каршылыктары >500 Ом жана Vin үчүн жакындай баштайт. = 4,0 V же >750 Ω жана Vin = 3,5 V, басма индукторлордун натыйжалуулугу SMT индукторлорунун 85% дан жогору.
6d-сүрөттөгү учурдагы толкун формасын өлчөнгөн кубаттуулукту жоготуу менен салыштыруу, күтүлгөндөй, индуктордогу каршылык жоготуу басма схема менен SMT схемасынын ортосундагы эффективдүүлүктүн айырмасынын негизги себеби болуп саналат. кириш чыңалуу жана 1000 Ом жүк каршылыгы 30,4 мВт жана SMT компоненттери бар чынжырлар үчүн 25,8 мВт, ал эми басылган компоненттери бар схемалар үчүн 33,1 мВт жана 25,2 мВт. Демек, басылган схеманын жоготуусу 7,9 мВт, 4 мВт3 жогору. SMT компоненттери бар схема. 6d-сүрөттөгү толкун формасынан эсептелген RMS индукторунун ток 25,6 мА.анын катар каршылык 4,9 Ω болгондуктан, күтүлгөн электр жоготуу 3,2 mW.This өлчөнгөн 3,4 mW DC кубаттуулук айырманын 96% түзөт. Мындан тышкары, чынжыр басылган индукторлор жана басма каршылыктары жана басма индукторлор жана SMT каршылыктары менен өндүрүлгөн, жана алардын ортосунда эч кандай олуттуу айырмачылык байкалган эмес.
Андан кийин чыңалууну жөнгө салгыч ийкемдүү PCBде даярдалат (схеманы басып чыгаруу жана SMT компонентинин иштеши кошумча S1 ​​сүрөттө көрсөтүлгөн) жана ийкемдүү литий-иондук батареянын кубат булагы жана OLED массивинин жүк катары туташтырылган.Лохнер жана башкалар боюнча.9 OLEDди өндүрүү үчүн ар бир OLED пиксели 5 В 0,6 мА керектейт. Батарея тиешелүүлүгүнө жараша катод жана анод катары литий кобальт кычкылын жана графитти колдонот жана батареяны басып чыгаруунун эң кеңири таралган ыкмасы болуп саналат.7 батареянын сыйымдуулугу 16мАч, ал эми сыноо учурундагы чыңалуу 4.0V. 7-сүрөттө параллелдүү туташкан үч OLED пикселди кубаттаган ийкемдүү PCBдеги схеманын сүрөтү көрсөтүлгөн. Демонстрация басылып чыккан кубаттуулук компоненттеринин башка элементтер менен интеграциялануу мүмкүнчүлүгүн көрсөттү. ийкемдүү жана органикалык аппараттар татаал электрондук системаларды түзүү.
Үч органикалык LEDди кубаттоо үчүн ийкемдүү литий-иондук батарейкаларды колдонуп, басылган индукторлорду жана резисторлорду колдонуу менен ийкемдүү PCBдеги чыңалуу жөнгө салгычтын схемасынын сүрөтү.
Биз ийкемдүү PET субстраттарында бир катар баалуулуктар менен экрандан басылган индукторлорду, конденсаторлорду жана резисторлорду электрдик электроникалык жабдуулардын үстүнкү тетиктерин алмаштыруу максатында көрсөттүк. , жана сызыктын туурасы-мейкиндик кеңдигинин катышы жана аз каршылыктагы сыянын калың катмарын колдонуу менен. Бул компоненттер толугу менен басылып чыккан жана ийкемдүү RLC схемасына бириктирилген жана кГц-МГц жыштык диапазонунда болжолдуу электрдик жүрүм-турумду көрсөтөт. электр электроникасына кызыгуу.
Басылып чыккан кубаттуу электрондук шаймандарды колдонуунун типтүү учурлары ийкемдүү кайра заряддалуучу батареялар (мисалы, литий-ион) менен иштетилүүчү же өнүмгө бириктирилген ийкемдүү электрондук системалар болуп саналат. Алар заряддын абалына жараша өзгөрүлмө чыңалууларды жаратышы мүмкүн. Эгерде жүк (анын ичинде басып чыгаруу жана органикалык электрондук жабдуулар) туруктуу чыңалууну талап кылат же батарейка чыгарган чыңалуудан жогору болсо, чыңалууну жөнгө салгыч талап кылынат. Ушул себептен басылып чыккан индукторлор жана резисторлор OLEDди туруктуу чыңалуу менен кубаттоо үчүн салттуу кремний IC менен бириктирилген күчөткүч жөнгө салуучу. өзгөрүлмө чыңалуудагы аккумулятордун электр менен камсыздоосунан 5 В. Жүктөлгөн токтун жана кириш чыңалуусунун белгилүү бир диапазонунда бул схеманын эффективдүүлүгү жер үстүндөгү индукторлорду жана резисторлорду колдонуу менен башкаруу схемасынын эффективдүүлүгүнүн 85% ашат. Материалдык жана геометриялык оптималдаштырууга карабастан, индуктордогу резистивдүү жоготуулар дагы эле токтун жогорку деңгээлдеринде чынжырдын иштеши үчүн чектөөчү фактор болуп саналат (киргизүү агымы болжол менен 10 мАдан жогору). Бирок, төмөнкү токтарда индуктордогу жоготуулар азаят, ал эми жалпы өндүрүмдүүлүк натыйжалуулук менен чектелет. Биздин демонстрацияда колдонулган кичинекей OLEDдер сыяктуу көптөгөн басылып чыккан жана органикалык түзүлүштөр салыштырмалуу төмөн токту талап кылгандыктан, басылып чыккан кубаттуулук индукторлору мындай колдонмолор үчүн ылайыктуу деп эсептелинет. Төмөнкү учурдагы деңгээлдерде эң жогорку эффективдүүлүккө ээ болуу үчүн иштелип чыккан ИКтерди колдонуу менен, жогорку жалпы конвертер натыйжалуулугун жетишүүгө болот.
Бул иште чыңалуу жөнгө салгыч салттуу PCB, ийкемдүү PCB жана жер үстүндөгү монтаждоо компоненти soldering технологиясы боюнча курулган, ал эми басма компоненти өзүнчө substrat.However өндүрүлгөн, төмөн температура жана жогорку илешкектүүлүктүү сыялар screen- өндүрүү үчүн колдонулат. басылган пленкалар пассивдүү компоненттерди, ошондой эле аппарат менен беттик монтаждоочу компоненттин контакт төшөктөрүнүн ортосундагы өз ара байланышты каалаган субстратка басып чыгарууга мүмкүндүк бериши керек. Бул жер үстүндөгү тетиктер үчүн учурдагы төмөн температура өткөргүч чаптамаларды колдонуу менен айкалыштырууга мүмкүндүк берет. бүт схемасы кымбат эмес субстраттарга (мисалы, ПЭТ) курула турган PCB оюу сыяктуу субстративдүү процесстерге муктаж болбостон. Ошондуктан, бул иште иштелип чыккан экранда басылган пассивдүү компоненттер энергияны жана жүктөрдү бириктирген ийкемдүү электрондук системаларга жол ачууга жардам берет. кымбат эмес субстраттарды колдонуу менен жогорку натыйжалуу электр электроника менен, негизинен кошумча процесстер жана минималдуу беттик монтаждоо компоненттеринин саны.
Asys ASP01M экран принтерин жана Dynamesh Inc. тарабынан берилген дат баспас болоттон жасалган экранды колдонуу менен, пассивдүү компоненттердин бардык катмарлары ийкемдүү PET субстратында 76 μm.The калыңдыгы менен экранга басылган. Металл катмарынын тор өлчөмү дюймуна 400 сызык жана 250 диэлектрик катмары жана каршылык катмары үчүн дюйм үчүн сызыктар. 55 Н сүргүч күчүн, басып чыгаруу ылдамдыгы 60 мм/с, үзүү аралыгы 1,5 мм жана катуулугу 65 болгон Serilor сүргүчтү (металл жана каршылык көрсөтүү үчүн) колдонуңуз катмарлар) же 75 (диэлектрдик катмарлар үчүн) экранда басып чыгаруу үчүн.
Өткөргүч катмарлар — конденсаторлордун жана резисторлордун контакттары — DuPont 5082 же DuPont 5064H күмүш микрофлейк сыясы менен басылган. Резистор DuPont 7082 көмүртек өткөргүчү менен басылган. Конденсатор диэлектриги үчүн өткөргүч кошулма титанат барий диэлектрик BT-10 колдонулат. Диэлектриктин ар бир катмары пленканын бирдейлигин жакшыртуу үчүн эки өтүү (нымдуу-нымдуу) басып чыгаруу циклинин жардамы менен өндүрүлөт. Ар бир компонент үчүн бир нече басып чыгаруу циклинин компоненттин иштешине жана өзгөрмөлүүлүгүнө таасири текшерилди. Үлгүлөр менен жасалган бир эле материалдын бир нече каптоолору 70 °C температурада 2 мүнөттө кургатылган. Ар бир материалдын акыркы катмарын колдонгондон кийин үлгүлөр толук кургатуу үчүн 140 °C температурада 10 мүнөт бышырылды. Экранды автоматтык тегиздөө функциясы принтер кийинки катмарларды тегиздөө үчүн колдонулат. Индуктордун борбору менен байланыш DuPont 5064H сыясы менен субстраттын артындагы борбордук аянтчадагы тешик жана трафарет басып чыгаруу издери кесүү аркылуу ишке ашат. Басма жабдууларынын ортосундагы байланыш Dupont да колдонот. 5064H трафарет басып чыгаруу. 7-сүрөттө көрсөтүлгөн ийкемдүү PCBде басылган компоненттерди жана SMT компоненттерин көрсөтүү үчүн, басылган компоненттер Circuit Works CW2400 өткөргүч эпоксидинин жардамы менен туташтырылып, SMT компоненттери салттуу ширетүү аркылуу туташтырылган.
Литий кобальт оксиди (LCO) жана графиттин негизиндеги электроддор батареянын катоду жана аноду катары колдонулат. Катод шламы 80% LCO (MTI Corp.), 7,5% графит (KS6, Timcal), 2,5 аралашмасы болуп саналат. % көмүртек кара (Super P, Timcal) жана 10% поливинилиден фториди (PVDF, Kureha Corp.).) Анод 84wt% графит, 4wt% көмүртек жана 13wt% PVDF.N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP, Sigma Aldrich) аралашмасы болуп саналат PVDF бириктиргичти эритүү жана slurry.The суспензияны таркатууга колдонулат. түнү бою аралаштыргыч менен аралаштыруу. 0,0005 дюйм калың дат баспас болоттон жасалган фольга жана 10 мкм никель фольга тиешелүү түрдө катод жана анод үчүн учурдагы коллекторлор катары колдонулат. Сыя 20 басып чыгаруу ылдамдыгы менен учурдагы коллектордо сүзгүч менен басылган. mm/s.Heat электрод 80 °C бир мешке 2 саат solvent.The бийиктиги кургаткандан кийин электрод жөнүндө 60 мкм, жана активдүү материалдын салмагынын негизинде, теориялык кубаттуулугу 1,65 мАч болуп саналат. /cm2.Электроддор 1,3 × 1,3 см2 өлчөмүндө кесилип, вакуумдук меште 140°C түнү менен ысытылган, андан кийин алар азот толтурулган колкап кутусуна алюминий ламинат каптар менен жабылган. аккумулятордук электролит катары анод жана катод жана EC/DEC (1:1) ичинде 1M LiPF6 колдонулат.
Жашыл OLED поли(9,9-диоктилфлюорен-ко-н-(4-бутилфенил)-дифениламин) (TFB) жана поли((9,9-диоктилфлуорен-2,7- (2,1,3-бензотиадиазол)) турат. 4, 8-дийл)) (F8BT) Lochner et al. 9-да баяндалган процедурага ылайык.
Тасманын калыңдыгын өлчөө үчүн Dektak стилус профилдерин колдонуңуз. Тасма электрондук микроскоптун (SEM) сканерлөө жолу менен изилдөө үчүн кесилишинин үлгүсүн даярдоо үчүн кесилген. FEI Quanta 3D талаа эмиссиясы тапанчасы (FEG) SEM басылып чыккан материалдын түзүлүшүн мүнөздөш үчүн колдонулат. пленка жана калыңдык өлчөөнү ырастаңыз. SEM изилдөө 20 кВ тездетүүчү чыңалууда жана 10 мм типтүү жумушчу аралыкта жүргүзүлгөн.
Туруктуу токтун каршылыгын, чыңалууну жана токту өлчөө үчүн санарип мультиметрди колдонуңуз. Индукторлордун, конденсаторлордун жана чынжырлардын өзгөрмө токтун импедансы 1 МГцтен төмөн жыштыктар үчүн Agilent E4980 LCR өлчөгүч менен өлчөнөт жана 500 кГцден жогору жыштыктарды өлчөө үчүн Agilent E5061A тармак анализатору колдонулат. Tektronix TDS 5034 осциллографы чыңалуу жөнгө салгычтын толкун формасын өлчөө үчүн.
Бул макаланы кантип келтирсе болот: Ostfeld, AE, ж.б. ийкемдүү кубаттуу электрондук жабдуулар үчүн экранды басып чыгаруу пассивдүү компоненттери.science.Rep.5, 15959;doi: 10.1038/srep15959 (2015).
Nathan, A. et al. Flexible electronics: кийинки бардык жерде платформа. Process IEEE 100, 1486-1517 (2012).
Rabaey, JM Human Intranet: Топтор адамдар менен жолугушкан жер. Долбоорлоо, автоматташтыруу жана сыноо боюнча 2015-жылкы Европа конференциясында жана көргөзмөсүндө жарыяланган кагаз, Гренобль, Франция. Сан-Хосе, Калифорния: EDA Alliance.637-640 (2015, 9-март- 13).
Krebs, FC etc.OE-A OPV demonstrator anno domini 2011.Energy environment.science.4, 4116–4123 (2011).
Али, М., Пракаш, Д., Циллгер, Т., Сингх, ПК & Хюблер, AC басма пьезоэлектрдик энергияны жыйноочу түзүлүштөр. Advanced энергетикалык материалдар.4.1300427 (2014).
Чен, A., Madan, D., Wright, PK & Evans, JW Dispenser-басылган жалпак коюу пленка термоэлектр энергия генератор.J.Микромеханика Микроинженерия 21, 104006 (2011).
Gaikwad, AM, Steingart, DA, Ng, TN, Schwartz, DE & Whiting, GL Ийкемдүү жогорку потенциалдуу басма батареясы басылып чыккан электрондук шаймандарды иштетүү үчүн колдонулат. App Physics Wright.102, 233302 (2013).
Gaikwad, AM, Arias, AC & Steingart, DA басылган ийкемдүү батарейкалардын акыркы окуялар: механикалык кыйынчылыктар, басып чыгаруу технологиясы жана келечектеги перспективалар.Energy Technology.3, 305–328 (2015).
Hu, Y. etc.Sstructure Health Monitor.IEEE J. Solid State Circuit 49, 513–523 (2014) үчүн чоң аймактын электрондук шаймандарын жана CMOS ИКтерин бириктирген масштабдуу сезгич системасы.