समाचार

additives र कम-तापमान मुद्रण प्रक्रियाहरूले कम लागतमा लचिलो सब्सट्रेटहरूमा विभिन्न शक्ति-उपभोग गर्ने र पावर-उपभोग गर्ने इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूलाई एकीकृत गर्न सक्छ। यद्यपि, यी यन्त्रहरूबाट पूर्ण इलेक्ट्रोनिक प्रणालीहरूको उत्पादनलाई सामान्यतया विद्युतीय इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू विभिन्न अपरेटिङ भोल्टेजहरू बीच रूपान्तरण गर्न आवश्यक हुन्छ। उपकरणहरू। निष्क्रिय कम्पोनेन्टहरू - इन्डक्टरहरू, क्यापेसिटरहरू, र प्रतिरोधकहरू - फिल्टरिङ, छोटो अवधिको ऊर्जा भण्डारण, र भोल्टेज मापन जस्ता कार्यहरू प्रदर्शन गर्दछ, जुन पावर इलेक्ट्रोनिक्स र अन्य धेरै अनुप्रयोगहरूमा आवश्यक छ। यस लेखमा, हामी इन्डक्टरहरू, क्यापेसिटरहरू, प्रतिरोधकहरू र RLC सर्किटहरू लचिलो प्लास्टिक सब्सट्रेटहरूमा स्क्रिन-प्रिन्ट गरिएका छन्, र इन्डक्टरहरूको श्रृंखला प्रतिरोधलाई न्यूनीकरण गर्न डिजाइन प्रक्रिया रिपोर्ट गर्नुहोस् ताकि तिनीहरू पावर इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूमा प्रयोग गर्न सकून्। मुद्रित इन्डक्टर र प्रतिरोधकहरूलाई त्यसपछि बूस्ट रेगुलेटर सर्किटमा समाहित गरिन्छ। उत्पादन। जैविक प्रकाश उत्सर्जन गर्ने डायोड र लचिलो लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको। भोल्टेज नियामकहरू ब्याट्रीबाट डायोडहरू पावर गर्न प्रयोग गरिन्छ, DC-DC कनवर्टर अनुप्रयोगहरूमा परम्परागत सतह माउन्ट कम्पोनेन्टहरू प्रतिस्थापन गर्न छापिएको निष्क्रिय कम्पोनेन्टहरूको सम्भाव्यता प्रदर्शन गर्दै।
हालैका वर्षहरूमा, पहिरन योग्य र ठूलो क्षेत्रका इलेक्ट्रोनिक उत्पादनहरू र थिंग्सको इन्टरनेटमा विभिन्न लचिलो यन्त्रहरूको प्रयोग विकास गरिएको छ। यीमा फोटोभोल्टिक 3, पिजोइलेक्ट्रिक 4, र थर्मोइलेक्ट्रिक 5 जस्ता ऊर्जा सङ्कलन गर्ने उपकरणहरू समावेश छन्। ऊर्जा भण्डारण उपकरणहरू, जस्तै ब्याट्री 6, 7; र शक्ति खपत गर्ने यन्त्रहरू, जस्तै सेन्सरहरू 8, 9, 10, 11, 12, र प्रकाश स्रोतहरू 13. यद्यपि व्यक्तिगत ऊर्जा स्रोतहरू र लोडहरूमा ठूलो प्रगति भएको छ, यी घटकहरूलाई पूर्ण इलेक्ट्रोनिक प्रणालीमा संयोजन गर्न सामान्यतया पावर इलेक्ट्रोनिक्स आवश्यक पर्दछ। बिजुली आपूर्ति व्यवहार र लोड आवश्यकताहरू बीचको कुनै बेमेललाई पार गर्नुहोस्। उदाहरणका लागि, ब्याट्रीले यसको चार्जको अवस्था अनुसार चल भोल्टेज उत्पन्न गर्दछ। यदि लोडलाई स्थिर भोल्टेज चाहिन्छ, वा ब्याट्रीले उत्पन्न गर्न सक्ने भोल्टेज भन्दा बढी, पावर इलेक्ट्रोनिक्स आवश्यक हुन्छ। पावर इलेक्ट्रोनिक्सले स्विच र नियन्त्रण कार्यहरू प्रदर्शन गर्न सक्रिय कम्पोनेन्टहरू (ट्रान्जिस्टरहरू) प्रयोग गर्दछ, साथै निष्क्रिय कम्पोनेन्टहरू (इन्डक्टरहरू, क्यापेसिटरहरू, र प्रतिरोधकहरू)। उदाहरणका लागि, स्विचिंग नियामक सर्किटमा, प्रत्येक स्विचिङ चक्रमा ऊर्जा भण्डारण गर्न इन्डक्टर प्रयोग गरिन्छ। , एक क्यापेसिटर भोल्टेज लहर कम गर्न को लागी प्रयोग गरिन्छ, र प्रतिक्रिया नियन्त्रण को लागी आवश्यक भोल्टेज मापन एक प्रतिरोधी विभाजक प्रयोग गरी गरिन्छ।
पावर इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू जुन पहिरन योग्य उपकरणहरू (जस्तै पल्स अक्सिमिटर 9) का लागि उपयुक्त हुन्छन्, धेरै भोल्ट र धेरै मिलिअम्पहरू चाहिन्छ, सामान्यतया सयौं kHz देखि धेरै मेगाहर्ट्जको फ्रिक्वेन्सी दायरामा काम गर्दछ, र धेरै μH र धेरै μH इन्डक्टन्स र क्यापेसिटन्स μF आवश्यक हुन्छ। क्रमशः 14। यी सर्किटहरू निर्माण गर्ने परम्परागत विधि भनेको अलग-अलग कम्पोनेन्टहरूलाई कठोर मुद्रित सर्किट बोर्ड (PCB) मा मिलाउनु हो। यद्यपि पावर इलेक्ट्रोनिक सर्किटहरूको सक्रिय कम्पोनेन्टहरू सामान्यतया एकल सिलिकन इन्टिग्रेटेड सर्किट (IC) मा मिलाइन्छ, निष्क्रिय कम्पोनेन्टहरू सामान्यतया हुन्छन्। बाह्य, या त अनुकूलन सर्किटहरूलाई अनुमति दिँदै, वा सिलिकनमा लागू गर्न आवश्यक इन्डक्टन्स र क्यापेसिटन्स धेरै ठूलो भएकोले।
परम्परागत पीसीबी-आधारित उत्पादन प्रविधिको तुलनामा, इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू र सर्किटहरू एडिटिभ प्रिन्टिङ प्रक्रिया मार्फत निर्माण गर्दा सरलता र लागतको हिसाबले धेरै फाइदाहरू छन्। पहिलो, सर्किटका धेरै घटकहरूलाई समान सामग्री चाहिन्छ, जस्तै सम्पर्कहरूको लागि धातुहरू। र अन्तरसम्बन्धहरू, मुद्रणले एकै समयमा धेरै कम्पोनेन्टहरू उत्पादन गर्न अनुमति दिन्छ, तुलनात्मक रूपमा थोरै प्रशोधन चरणहरू र सामग्रीका थोरै स्रोतहरू15। फोटोलिथोग्राफी र नक्काशी जस्ता घटाउने प्रक्रियाहरू प्रतिस्थापन गर्न थप प्रक्रियाहरूको प्रयोगले प्रक्रियाको जटिलता र सामग्रीको फोहोरलाई घटाउँछ16, 17, 18, र 19. साथै, मुद्रणमा प्रयोग हुने कम तापक्रम लचिलो र सस्तो प्लास्टिक सब्सट्रेटहरूसँग मिल्दो छ, जसले उच्च-गतिको रोल-टू-रोल उत्पादन प्रक्रियाहरूको प्रयोगलाई इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू 16, 20 ठूला क्षेत्रहरूमा कभर गर्न अनुमति दिन्छ। अनुप्रयोगहरूको लागि मुद्रित कम्पोनेन्टहरूसँग पूर्ण रूपमा महसुस गर्न सकिँदैन, हाइब्रिड विधिहरू विकसित गरिएको छ जसमा सतह माउन्ट टेक्नोलोजी (एसएमटी) कम्पोनेन्टहरू कम तापक्रममा मुद्रित घटकहरूको छेउमा लचिलो सब्सट्रेट 21, 22, 23 मा जडान हुन्छन्। यस हाइब्रिड दृष्टिकोणमा, यो अझै पनि छ। थप प्रक्रियाहरूको फाइदाहरू प्राप्त गर्न र सर्किटको समग्र लचिलोपन बढाउन मुद्रित समकक्षहरूसँग सम्भव भएसम्म धेरै SMT कम्पोनेन्टहरू प्रतिस्थापन गर्न आवश्यक छ। लचिलो पावर इलेक्ट्रोनिक्स महसुस गर्न, हामीले SMT सक्रिय कम्पोनेन्टहरू र स्क्रिन-प्रिन्टेड निष्क्रियको संयोजन प्रस्ताव गरेका छौं। कम्पोनेन्टहरू, ठूला SMT इन्डक्टरहरूलाई प्लानर सर्पिल इन्डक्टरहरूसँग प्रतिस्थापन गर्नमा विशेष जोड दिएर। छापिएको इलेक्ट्रोनिक्स उत्पादन गर्नका लागि विभिन्न प्रविधिहरूमध्ये, स्क्रिन प्रिन्टिङ विशेष गरी निष्क्रिय कम्पोनेन्टहरूका लागि उपयुक्त छ किनभने यसको ठूलो फिल्म मोटाई (जुन धातु सुविधाहरूको श्रृंखला प्रतिरोधलाई कम गर्न आवश्यक छ। ) र उच्च मुद्रण गति, सेन्टिमिटर-स्तर क्षेत्रहरू कभर गर्दा पनि यो कहिलेकाहीं सत्य हुन्छ। सामग्री 24।
विद्युतीय इलेक्ट्रोनिक उपकरणको निष्क्रिय कम्पोनेन्टको हानि न्यूनीकरण गरिनु पर्छ, किनभने सर्किटको दक्षताले प्रणालीलाई शक्ति दिन आवश्यक ऊर्जाको मात्रालाई प्रत्यक्ष असर गर्छ। यो विशेष गरी लामो कुण्डलले बनेको प्रिन्ट गरिएको इन्डक्टरहरूका लागि चुनौतीपूर्ण छ, जसले गर्दा उच्च शृङ्खलाहरूमा संवेदनशील हुन्छ। प्रतिरोध। यसैले, प्रिन्ट गरिएको कोइलहरूको प्रतिरोध 25, 26, 27, 28 लाई न्यूनीकरण गर्न केही प्रयासहरू गरिए पनि, त्यहाँ अझै पनि विद्युतीय इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको लागि उच्च-दक्षता मुद्रित निष्क्रिय घटकहरूको अभाव छ। आजसम्म, धेरैले प्रिन्ट गरिएको निष्क्रिय रिपोर्ट गरेको छ। लचिलो सब्सट्रेटहरूमा कम्पोनेन्टहरू रेडियो फ्रिक्वेन्सी पहिचान (RFID) वा ऊर्जा सङ्कलन उद्देश्यहरू 10, 12, 25, 27, 28, 29, 30, 31 को लागि रेजोनन्ट सर्किटहरूमा सञ्चालन गर्न डिजाइन गरिएको हो। अन्य सामग्री वा निर्माण प्रक्रिया विकासमा केन्द्रित हुन्छन् र जेनेरिक कम्पोनेन्टहरू देखाउँछन्। 26, 32, 33, 34 जुन विशिष्ट अनुप्रयोगहरूको लागि अनुकूलित छैन। यसको विपरित, पावर इलेक्ट्रोनिक सर्किटहरू जस्तै भोल्टेज नियामकहरूले प्रायः सामान्य छापिएका निष्क्रिय उपकरणहरू भन्दा ठूला कम्पोनेन्टहरू प्रयोग गर्छन् र अनुनाद आवश्यक पर्दैन, त्यसैले विभिन्न कम्पोनेन्ट डिजाइनहरू आवश्यक हुन्छन्।
यहाँ, हामीले पावर इलेक्ट्रोनिक्ससँग सम्बन्धित फ्रिक्वेन्सीहरूमा सबैभन्दा सानो श्रृंखला प्रतिरोध र उच्च प्रदर्शन प्राप्त गर्न μH दायरामा स्क्रिन-प्रिन्ट गरिएको इन्डक्टरहरूको डिजाइन र अप्टिमाइजेसन परिचय गराउँछौं। विभिन्न कम्पोनेन्ट मानहरू भएका स्क्रिन-प्रिन्टेड इन्डक्टरहरू, क्यापेसिटरहरू र प्रतिरोधकहरू निर्माण गरिन्छ। लचिलो प्लास्टिक सब्सट्रेटहरूमा। लचिलो इलेक्ट्रोनिक उत्पादनहरूको लागि यी कम्पोनेन्टहरूको उपयुक्तता पहिलो साधारण RLC सर्किटमा प्रदर्शन गरिएको थियो। मुद्रित इन्डक्टर र रेसिस्टरलाई IC सँग एकीकृत गरी बढावा नियामक बनाइन्छ। अन्तमा, एक जैविक प्रकाश उत्सर्जन गर्ने डायोड (OLED)। ) र लचिलो लिथियम-आयन ब्याट्री बनाइन्छ, र ब्याट्रीबाट OLED लाई पावर गर्न भोल्टेज नियामक प्रयोग गरिन्छ।
पावर इलेक्ट्रोनिक्सका लागि मुद्रित इन्डक्टरहरू डिजाइन गर्नको लागि, हामीले पहिले मोहन एट अलमा प्रस्तावित हालको पाना मोडेलमा आधारित इन्डक्टर ज्यामितिहरूको श्रृंखलाको इन्डक्टन्स र डीसी प्रतिरोधको भविष्यवाणी गर्यौं। 35, र मोडेलको शुद्धता पुष्टि गर्न विभिन्न ज्यामितिका निर्मित इन्डक्टरहरू। यस कार्यमा, इन्डक्टरको लागि गोलाकार आकार छनोट गरिएको थियो किनभने बहुभुज ज्यामितिको तुलनामा कम प्रतिरोधको साथ उच्च इन्डक्टन्स 36 प्राप्त गर्न सकिन्छ। मसीको प्रभाव। प्रतिरोधमा मुद्रण चक्रको प्रकार र संख्या निर्धारण गरिन्छ। यी परिणामहरू त्यसपछि न्यूनतम DC प्रतिरोधका लागि अनुकूलित 4.7 μH र 7.8 μH इन्डक्टरहरू डिजाइन गर्न एमिटर मोडेलको साथ प्रयोग गरियो।
सर्पिल इन्डक्टरहरूको इन्डक्टन्स र डीसी प्रतिरोधलाई धेरै प्यारामिटरहरूद्वारा वर्णन गर्न सकिन्छ: बाहिरी व्यास डो, घुमाउने चौडाइ w र स्पेसिङ s, टर्नहरूको संख्या n, र कन्डक्टर पाना प्रतिरोध Rsheet। चित्र 1a रेशम-स्क्रिन प्रिन्ट गरिएको गोलाकार इन्डक्टरको फोटो देखाउँछ। n = 12 सँग, यसको इन्डक्टन्स निर्धारण गर्ने ज्यामितीय मापदण्डहरू देखाउँदै। मोहन एट अलको एमिटर मोडेल अनुसार। 35, इन्डक्टन्स इन्डक्टर ज्यामितिहरूको श्रृंखलाको लागि गणना गरिन्छ, जहाँ
(a) ज्यामितीय मापदण्डहरू देखाउँदै स्क्रिन-प्रिन्ट गरिएको इन्डक्टरको फोटो। व्यास 3 सेमी हो। विभिन्न इन्डक्टर ज्यामितिहरूको इन्डक्टन्स (b) र DC प्रतिरोध (c)। रेखाहरू र चिन्हहरू क्रमशः गणना र मापन मानहरूसँग मेल खान्छ। (d,e) इन्डक्टरहरू L1 र L2 को DC प्रतिरोधहरू क्रमशः Dupont 5028 र 5064H सिल्भर इन्कले स्क्रिन प्रिन्ट गरिएका छन्। (f,g) ड्युपन्ट 5028 र 5064H द्वारा मुद्रित फिल्महरूको SEM माइक्रोग्राफहरू क्रमशः।
उच्च फ्रिक्वेन्सीहरूमा, छालाको प्रभाव र परजीवी क्षमताले यसको DC मान अनुसार इन्डक्टरको प्रतिरोध र इन्डक्टेन्सलाई परिवर्तन गर्नेछ। इन्डक्टरले पर्याप्त कम फ्रिक्वेन्सीमा काम गर्ने अपेक्षा गरिन्छ कि यी प्रभावहरू नगण्य छन्, र यन्त्रले स्थिर इन्डक्टन्सको रूपमा व्यवहार गर्दछ। शृङ्खलामा स्थिर प्रतिरोधको साथ। त्यसकारण, यस कार्यमा, हामीले ज्यामितीय मापदण्डहरू, इन्डक्टन्स, र DC प्रतिरोध बीचको सम्बन्धलाई विश्लेषण गर्यौं, र सबैभन्दा सानो DC प्रतिरोधको साथ दिइएको इन्डक्टन्स प्राप्त गर्न परिणामहरू प्रयोग गर्‍यौं।
स्क्रिन प्रिन्टिङद्वारा प्राप्त गर्न सकिने ज्यामितीय मापदण्डहरूको शृङ्खलाका लागि इन्डक्टन्स र प्रतिरोध गणना गरिन्छ, र μH दायरामा इन्डक्टन्स उत्पन्न हुने अपेक्षा गरिन्छ। 3 र 5 सेमीको बाहिरी व्यास, 500 र 1000 माइक्रोनको रेखा चौडाइहरू , र विभिन्न मोडहरू तुलना गरिन्छ। गणनामा, पाना प्रतिरोध 47 mΩ/□ हो, जुन 7 μm बाक्लो डुपोन्ट 5028 चाँदीको माइक्रोफ्लेक कन्डक्टर लेयरसँग 400 मेस स्क्रिन र सेटिङ w = s। गणना गरिएको इन्डक्टन्स र प्रतिरोध मानहरू क्रमशः चित्र 1b र c मा देखाइएको छ। मोडेलले अनुमान गर्छ कि बाह्य व्यास र मोडहरूको संख्या बढ्दै जाँदा वा रेखा चौडाइ घट्दै जाँदा इन्डक्टन्स र प्रतिरोध दुवै बढ्छन्।
मोडेल भविष्यवाणीहरूको शुद्धता मूल्याङ्कन गर्नको लागि, विभिन्न ज्यामितिहरू र इन्डक्टेन्सहरूका इन्डक्टरहरू पोलिथिलीन टेरेफ्थालेट (PET) सब्सट्रेटमा बनाइएका थिए। मापन गरिएको इन्डक्टन्स र प्रतिरोध मानहरू चित्र 1b र c मा देखाइएका छन्। यद्यपि प्रतिरोधले केही devi देखाएको छ। अपेक्षित मूल्य, मुख्यतया जम्मा गरिएको मसीको मोटाई र एकरूपतामा परिवर्तनहरूको कारणले, इन्डक्टन्सले मोडेलसँग धेरै राम्रो सम्झौता देखायो।
यी नतिजाहरू आवश्यक इन्डक्टन्स र न्यूनतम DC प्रतिरोधको साथ इन्डक्टर डिजाइन गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। उदाहरणका लागि, मानौं 2 μH को इन्डक्टेन्स आवश्यक छ। चित्र 1b ले देखाउँछ कि यो इन्डक्टेन्स 3 सेमी, एक रेखा चौडाइको बाहिरी व्यास संग महसुस गर्न सकिन्छ। 500 μm को, र 10 पालोहरू। उही इन्डक्ट्यान्स पनि 5 सेमी बाहिरी व्यास, 500 μm रेखा चौडाइ र 5 टर्न वा 1000 μm लाइन चौडाइ र 7 टर्नहरू (चित्रमा देखाइएको रूपमा) प्रयोग गरेर उत्पन्न गर्न सकिन्छ। यी तीनको प्रतिरोधको तुलना गर्दै। चित्र 1c मा सम्भावित ज्यामितिहरू, यो फेला पार्न सकिन्छ कि 1000 μm को रेखा चौडाइ भएको 5 सेमी इन्डक्टरको सबैभन्दा कम प्रतिरोध 34 Ω हो, जुन अन्य दुई भन्दा लगभग 40% कम छ। दिइएको इन्डक्टन्स प्राप्त गर्न सामान्य डिजाइन प्रक्रिया न्यूनतम प्रतिरोधको साथ निम्नानुसार संक्षेप गरिएको छ: पहिले, अनुप्रयोगले लगाएको स्पेस अवरोध अनुसार अधिकतम स्वीकार्य बाहिरी व्यास चयन गर्नुहोस्। त्यसपछि, उच्च भरण दर प्राप्त गर्न आवश्यक इन्डक्टन्स प्राप्त गर्दा रेखा चौडाइ सकेसम्म ठूलो हुनुपर्छ। (समीकरण (3))।
मोटाई बढाएर वा धातु फिल्मको पाना प्रतिरोध कम गर्न उच्च चालकता भएको सामग्री प्रयोग गरेर, इन्डक्टेन्सलाई असर नगरी DC प्रतिरोधलाई अझ कम गर्न सकिन्छ। दुई इन्डक्टरहरू, जसको ज्यामितीय मापदण्डहरू तालिका 1 मा दिइएको छ, L1 र L2 भनिन्छ, प्रतिरोधमा परिवर्तनको मूल्याङ्कन गर्न विभिन्न संख्याको कोटिंग्सको साथ निर्माण गरिन्छ। मसी कोटिंग्सको संख्या बढ्दै जाँदा, चित्र 1d र e मा देखाइए अनुसार प्रतिरोध समानुपातिक रूपमा घट्छ, जुन क्रमशः L1 र L2 हुन्। चित्रहरू 1d र e देखाउनुहोस् कि कोटिंग को 6 तहहरू लागू गरेर, प्रतिरोध 6 पटक सम्म घटाउन सकिन्छ, र प्रतिरोध मा अधिकतम कमी (50-65%) लेयर 1 र तह 2 बीचमा हुन्छ। मसीको प्रत्येक तह अपेक्षाकृत पातलो भएकोले, a यी इन्डक्टरहरू प्रिन्ट गर्न अपेक्षाकृत सानो ग्रिड साइज (400 लाइनहरू प्रति इन्च) भएको स्क्रिन प्रयोग गरिन्छ, जसले हामीलाई प्रतिरोधमा कन्डक्टर मोटाईको प्रभाव अध्ययन गर्न अनुमति दिन्छ। जबसम्म ढाँचा सुविधाहरू ग्रिडको न्यूनतम रिजोल्युसन भन्दा ठूलो रहन्छ, a उस्तै मोटाई (र प्रतिरोध) ठूलो ग्रिड साइजमा थोरै संख्यामा कोटिंग्स प्रिन्ट गरेर छिटो हासिल गर्न सकिन्छ। यो विधि यहाँ छलफल गरिएको 6-कोटेड इन्डक्टरले जस्तै DC प्रतिरोध प्राप्त गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ, तर उच्च उत्पादन गतिको साथ।
फिगर 1d र e ले यो पनि देखाउँदछ कि अधिक प्रवाहकीय चाँदीको फ्लेक मसी DuPont 5064H प्रयोग गरेर, प्रतिरोध दुईको कारकले घटाइन्छ। दुई मसी (चित्र 1f, g) सँग मुद्रित फिल्महरूको SEM माइक्रोग्राफबाट, यो हुन सक्छ। ५०२८ मसीको तल्लो चालकता यसको सानो कण आकार र मुद्रित फिल्ममा कणहरू बीच धेरै रिक्तताहरूको उपस्थितिको कारणले देखियो। अर्कोतर्फ, 5064H मा ठूला, धेरै नजिकबाट व्यवस्थित फ्लेक्सहरू छन्, जसले यसलाई बल्कको नजिक व्यवहार गर्दछ। चाँदी।यद्यपि यो मसीद्वारा निर्मित फिल्म ५०२८ स्याही भन्दा पातलो छ, ४ μm को एकल तह र २२ μm को ६ तहको साथ, चालकतामा भएको वृद्धि समग्र प्रतिरोधलाई कम गर्न पर्याप्त छ।
अन्तमा, यद्यपि प्रेरकता (समीकरण (1)) घुमाउने संख्या (w + s) मा निर्भर गर्दछ, प्रतिरोध (समीकरण (5)) केवल रेखा चौडाइ w मा निर्भर गर्दछ। त्यसैले, s सापेक्ष w बढाएर, प्रतिरोध। थप घटाउन सकिन्छ। दुई अतिरिक्त इन्डक्टरहरू L3 र L4 लाई w = 2s र ठूलो बाहिरी व्यास भएको डिजाइन गरिएको छ, जसरी तालिका 1 मा देखाइएको छ। यी इन्डक्टरहरू DuPont 5064H कोटिंगको 6 तहहरूद्वारा निर्मित छन्, पहिले देखाइए जस्तै, प्रदान गर्न। उच्चतम प्रदर्शन।L3 को इन्डक्टेन्स 4.720 ± 0.002 μH र प्रतिरोध 4.9 ± 0.1 Ω हो, जबकि L4 को इन्डक्टेन्स 7.839 ± 0.005 μH र 6.9 ± 0.1 Ω हो, जुन पूर्व डिआई मोडेलसँग राम्रो सम्झौतामा छन्। मोटाई, चालकता, र w/s मा वृद्धि, यसको मतलब L/R अनुपात चित्र 1 मा मान को सापेक्ष परिमाण को एक आदेश भन्दा बढि बढेको छ।
यद्यपि कम DC प्रतिरोध आशाजनक छ, kHz-MHz दायरामा सञ्चालित पावर इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको लागि इन्डक्टरहरूको उपयुक्तता मूल्याङ्कन गर्न AC फ्रिक्वेन्सीहरूमा विशेषता आवश्यक पर्दछ। चित्र 2a ले L3 र L4 को प्रतिरोध र प्रतिक्रियाको आवृत्ति निर्भरता देखाउँछ। 10 MHz भन्दा कम आवृत्तिहरूको लागि , प्रतिरोध यसको DC मानमा लगभग स्थिर रहन्छ, जबकि प्रतिक्रिया फ्रिक्वेन्सी संग रैखिक रूपमा बढ्छ, जसको मतलब इन्डक्टन्स अपेक्षित रूपमा स्थिर छ। सेल्फ-रेजोनन्ट फ्रिक्वेन्सीलाई आवृत्तिको रूपमा परिभाषित गरिएको छ जसमा प्रतिबाधा आगमनात्मकबाट क्यापेसिटिभमा परिवर्तन हुन्छ। L3 35.6 ± 0.3 MHz र L4 24.3 ± 0.6 MHz भएको छ। गुणस्तर कारक Q को आवृत्ति निर्भरता (ωL/R को बराबर) चित्र 2b मा देखाइएको छ।L3 र L4 ले 35 ± 1 र 33 ± 1 को अधिकतम गुणस्तर कारकहरू प्राप्त गर्दछ। क्रमशः 11 र 16 MHz को फ्रिक्वेन्सीहरूमा। MHz फ्रिक्वेन्सीहरूमा केही μH र अपेक्षाकृत उच्च Q को इन्डक्टन्सले यी इन्डक्टरहरूलाई कम-शक्ति DC-DC कन्भर्टरहरूमा परम्परागत सतह-माउन्ट इन्डक्टरहरू प्रतिस्थापन गर्न पर्याप्त बनाउँछ।
इन्डक्टर्स L3 र L4 को मापन गरिएको प्रतिरोध R र प्रतिक्रिया X (a) र गुणस्तर कारक Q (b) आवृत्तिसँग सम्बन्धित छन्।
दिइएको क्यापेसिटन्सको लागि आवश्यक फुटप्रिन्ट कम गर्नको लागि, ठूलो विशिष्ट क्यापेसिटन्सको साथ क्यापेसिटर टेक्नोलोजी प्रयोग गर्नु उत्तम हुन्छ, जुन डाइलेक्ट्रिकको मोटाईले विभाजित डाइलेक्ट्रिक स्थिर ε बराबर हुन्छ। यस काममा, हामीले बेरियम टाइटनेट कम्पोजिट छनोट गर्यौं। डाइलेक्ट्रिकको रूपमा किनभने यसमा अन्य समाधान-प्रशोधित जैविक डाइलेक्ट्रिकहरू भन्दा उच्च एप्सिलोन हुन्छ। डाइलेक्ट्रिक तह दुई चाँदीको कन्डक्टरहरू बीचमा धातु-डाइलेक्ट्रिक-धातु संरचना बनाउनको लागि स्क्रिन प्रिन्ट गरिएको हुन्छ। चित्र 3a मा देखाइए अनुसार सेन्टिमिटरमा विभिन्न आकारका क्यापेसिटरहरू , राम्रो उपज कायम राख्न डाइलेक्ट्रिक मसीको दुई वा तीन तहहरू प्रयोग गरेर निर्माण गरिन्छ। चित्र 3b ले 21 μm को कुल डाइलेक्ट्रिक मोटाईको साथ डाइलेक्ट्रिकको दुई तहहरू बनेको प्रतिनिधि क्यापेसिटरको क्रस-सेक्शनल SEM माइक्रोग्राफ देखाउँछ। माथि र तल इलेक्ट्रोडहरू क्रमशः एक-तह र छ-तह 5064H छन्। माइक्रोन आकारको बेरियम टाइटानेट कणहरू SEM छविमा देखिन्छन् किनभने उज्यालो क्षेत्रहरू गाढा जैविक बाइन्डरले घेरिएका हुन्छन्। डाइलेक्ट्रिक मसीले तलको इलेक्ट्रोडलाई राम्रोसँग भिजाउँछ र स्पष्ट इन्टरफेस बनाउँछ। मुद्रित धातु फिल्म, उच्च म्याग्निफिकेसनको साथ दृष्टान्तमा देखाइएको छ।
(a) पाँच फरक क्षेत्रहरू भएको क्यापेसिटरको फोटो। (b) बेरियम टाइटनेट डाइलेक्ट्रिक र सिल्भर इलेक्ट्रोडहरू देखाउँदै डाइलेक्ट्रिकको दुई तहहरू भएको क्यापेसिटरको क्रस-सेक्शनल SEM माइक्रोग्राफ। डाइलेक्ट्रिक तहहरू र विभिन्न क्षेत्रहरू, 1 मेगाहर्ट्ज मा मापन।(d) डाइलेक्ट्रिक कोटिंग्स र फ्रिक्वेन्सीको 2 तहहरू भएको 2.25 सेमी2 क्यापेसिटरको क्यापेसिटन्स, ESR, र हानि कारक बीचको सम्बन्ध।
क्षमता अपेक्षित क्षेत्रको समानुपातिक छ। चित्र 3c मा देखाइए अनुसार, दुई-तह डाइलेक्ट्रिकको विशिष्ट क्यापेसिटन्स 0.53 nF/cm2 हो, र तीन-तह डाइलेक्ट्रिकको विशिष्ट क्यापेसिटन्स 0.33 nF/cm2 हो। यी मानहरू 13 को एक डाइलेक्ट्रिक स्थिरतासँग मेल खान्छ। क्यापेसिटन्स र डिसिपेशन फ्याक्टर (DF) लाई विभिन्न फ्रिक्वेन्सीहरूमा पनि मापन गरिएको थियो, चित्र 3d मा देखाइए अनुसार, 2.25 cm2 क्यापेसिटरको लागि डाइलेक्ट्रिकको दुई तहहरू। हामीले पत्ता लगायौं कि क्यापेसिटन्स 20% ले बढ्दै फ्रिक्वेन्सी दायरामा अपेक्षाकृत सपाट थियो। 1 देखि 10 मेगाहर्ट्ज सम्म, जबकि समान दायरामा, DF 0.013 बाट 0.023 मा बढ्यो। प्रत्येक AC चक्रमा भण्डारण गरिएको ऊर्जामा ऊर्जा हानिको अनुपात डिसिपेशन कारक हो, 0.02 को DF को मतलब 2% पावर ह्यान्डल हुन्छ। क्यापेसिटर द्वारा खपत हुन्छ। यो हानि सामान्यतया फ्रिक्वेन्सी-निर्भर समतुल्य श्रृंखला प्रतिरोध (ESR) को रूपमा क्यापेसिटरको श्रृंखलामा व्यक्त गरिन्छ, जुन DF/ωC बराबर हुन्छ। चित्र 3d मा देखाइएको रूपमा, 1 मेगाहर्ट्ज, ESR भन्दा ठूला आवृत्तिहरूको लागि। 1.5 Ω भन्दा कम छ, र 4 MHz भन्दा ठूला फ्रिक्वेन्सीको लागि, ESR 0.5 Ω भन्दा कम छ। यद्यपि यो क्यापेसिटर टेक्नोलोजी प्रयोग गरेर, DC-DC कन्भर्टरहरूको लागि आवश्यक μF-स्तर क्यापेसिटरहरूलाई धेरै ठूलो क्षेत्र चाहिन्छ, तर 100 pF-nF क्यापेसिटन्स दायरा र यी क्यापेसिटरहरूको कम हानिले तिनीहरूलाई अन्य अनुप्रयोगहरू, जस्तै फिल्टर र रेजोनन्ट सर्किटहरूका लागि उपयुक्त बनाउँदछ। क्यापेसिटन्स बढाउन विभिन्न विधिहरू प्रयोग गर्न सकिन्छ। उच्च डाइलेक्ट्रिक स्थिरताले विशिष्ट क्यापेसिटन्स 37 बढाउँछ; उदाहरणका लागि, मसीमा बेरियम टाइटानेट कणहरूको एकाग्रता बढाएर यो प्राप्त गर्न सकिन्छ। सानो डाइइलेक्ट्रिक मोटाई प्रयोग गर्न सकिन्छ, यद्यपि यसका लागि स्क्रिन-प्रिन्ट गरिएको सिल्भर फ्लेकभन्दा कम खुरदरा भएको तल्लो इलेक्ट्रोड चाहिन्छ। तहहरू इन्कजेट प्रिन्टिङ ३१ वा ग्रेभर प्रिन्टिङ १० द्वारा जम्मा गर्न सकिन्छ, जसलाई स्क्रिन प्रिन्टिङ प्रक्रियासँग जोड्न सकिन्छ।अन्तमा, धातु र डाइलेक्ट्रिकका धेरै वैकल्पिक तहहरू स्ट्याक गर्न सकिन्छ र प्रिन्ट गर्न सकिन्छ र समानान्तरमा जडान गर्न सकिन्छ, जसले गर्दा प्रति इकाई क्षेत्रफल ३४ बढ्छ। ।
प्रतिरोधकहरूको जोडीबाट बनेको भोल्टेज डिभाइडर सामान्यतया भोल्टेज नियामकको प्रतिक्रिया नियन्त्रणको लागि आवश्यक भोल्टेज मापन गर्न प्रयोग गरिन्छ। यस प्रकारको अनुप्रयोगको लागि, मुद्रित प्रतिरोधकको प्रतिरोध kΩ-MΩ दायरामा हुनुपर्छ, र बीचको भिन्नता। यन्त्रहरू साना छन्।यहाँ, एकल-लेयर स्क्रिन-प्रिन्ट गरिएको कार्बन मसीको पाना प्रतिरोध 900Ω/□ थियो। यो जानकारी दुई रैखिक प्रतिरोधक (R1 र R2) र सर्पेन्टाइन प्रतिरोधक (R3) डिजाइन गर्न प्रयोग गरिन्छ। ) 10 kΩ, 100 kΩ, र 1.5 MΩ को नाममात्र प्रतिरोधको साथ। नाममात्र मानहरू बीचको प्रतिरोध चित्र 4 मा देखाइए अनुसार मसीको दुई वा तीन तहहरू छापेर प्राप्त गरिन्छ। 8- बनाउनुहोस्। प्रत्येक प्रकारको 12 नमूनाहरू; सबै अवस्थामा, प्रतिरोधको मानक विचलन 10% वा कम हुन्छ। कोटिंगको दुई वा तीन तह भएका नमूनाहरूको प्रतिरोध परिवर्तन कोटिंगको एक तह भएका नमूनाहरूको भन्दा थोरै सानो हुन्छ। मापन प्रतिरोधमा सानो परिवर्तन र नाममात्र मानसँग नजिकको सम्झौताले संकेत गर्दछ कि यस दायरामा अन्य प्रतिरोधहरू प्रत्यक्ष रूपमा रेसिस्टर ज्यामिति परिमार्जन गरेर प्राप्त गर्न सकिन्छ।
कार्बन प्रतिरोधी मसी कोटिंग्स को विभिन्न संख्या संग तीन भिन्न प्रतिरोधक ज्यामिति। तीन प्रतिरोधक को फोटो दायाँ मा देखाइएको छ।
RLC सर्किटहरू वास्तविक मुद्रित सर्किटहरूमा एकीकृत निष्क्रिय कम्पोनेन्टहरूको व्यवहार देखाउन र प्रमाणित गर्न प्रयोग गरिने रेसिस्टर, इन्डक्टर, र क्यापेसिटर संयोजनहरूको क्लासिक पाठ्यपुस्तक उदाहरणहरू हुन्। यस सर्किटमा, एक 8 μH इन्डक्टर र 0.8 nF क्यापेसिटर श्रृंखलामा जोडिएको छ, र एक 25 kΩ प्रतिरोधक तिनीहरूसँग समानान्तर रूपमा जोडिएको छ। लचिलो सर्किटको फोटो चित्र 5a मा देखाइएको छ। यो विशेष श्रृंखला-समानान्तर संयोजन छनौट गर्नुको कारण यो हो कि यसको व्यवहार प्रत्येक तीन फरक आवृत्ति घटकहरू द्वारा निर्धारण गरिन्छ, ताकि प्रत्येक कम्पोनेन्टको कार्यसम्पादन हाइलाइट र मूल्याङ्कन गर्न सकिन्छ। इन्डक्टरको 7 Ω श्रृंखला प्रतिरोध र क्यापेसिटरको 1.3 Ω ESR लाई ध्यानमा राखेर, सर्किटको अपेक्षित आवृत्ति प्रतिक्रिया गणना गरिएको थियो। सर्किट रेखाचित्र चित्र 5b मा देखाइएको छ, र गणना गरिएको छ। प्रतिबाधा आयाम र चरण र मापन मानहरू चित्र 5c र d मा देखाइएको छ। कम फ्रिक्वेन्सीहरूमा, क्यापेसिटरको उच्च प्रतिबाधा भनेको सर्किटको व्यवहार 25 kΩ प्रतिरोधक द्वारा निर्धारण गरिन्छ। आवृत्ति बढ्दै जाँदा, प्रतिबाधा LC पथ घट्छ; प्रतिध्वनि फ्रिक्वेन्सी २.० मेगाहर्ट्ज नभएसम्म सम्पूर्ण सर्किट व्यवहार क्यापेसिटिभ हुन्छ। अनुनाद फ्रिक्वेन्सी माथि, प्रेरक प्रतिबाधा हावी हुन्छ। चित्र 5 ले सम्पूर्ण फ्रिक्वेन्सी दायरा भरि गणना गरिएको र मापन गरिएको मानहरू बीचको उत्कृष्ट सम्झौतालाई स्पष्ट रूपमा देखाउँछ। यसको मतलब यो मोडेल प्रयोग गरिएको हो। यहाँ (जहाँ इन्डक्टरहरू र क्यापेसिटरहरू श्रृंखला प्रतिरोधका साथ आदर्श कम्पोनेन्टहरू हुन्) यी फ्रिक्वेन्सीहरूमा सर्किट व्यवहारको भविष्यवाणी गर्नको लागि सही छ।
(a) स्क्रिन-प्रिन्ट गरिएको RLC सर्किटको फोटो जसले 25 kΩ रेसिस्टरसँग समानान्तरमा 8 μH इन्डक्टर र 0.8 nF क्यापेसिटरको श्रृंखला संयोजन प्रयोग गर्दछ। (b) इन्डक्टर र क्यापेसिटरको श्रृंखला प्रतिरोध सहित सर्किट मोडेल।(c ,d) सर्किटको प्रतिबाधा आयाम (c) र चरण (d)।
अन्तमा, प्रिन्ट गरिएको इन्डक्टरहरू र प्रतिरोधकहरू बूस्ट नियामकमा लागू गरिन्छ। यस प्रदर्शनमा प्रयोग गरिएको IC माइक्रोचिप MCP1640B14 हो, जुन 500 kHz को अपरेटिङ फ्रिक्वेन्सीको साथ PWM-आधारित सिंक्रोनस बूस्ट नियामक हो। सर्किट रेखाचित्र चित्र 6a मा देखाइएको छ। 4.7 μH इन्डक्टर र दुई क्यापेसिटरहरू (4.7 μF र 10 μF) ऊर्जा भण्डारण तत्वहरूको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, र प्रतिक्रिया नियन्त्रणको आउटपुट भोल्टेज मापन गर्न प्रतिरोधकहरूको एक जोडी प्रयोग गरिन्छ। आउटपुट भोल्टेज 5 V मा समायोजन गर्न प्रतिरोध मान चयन गर्नुहोस्। सर्किट PCB मा निर्मित छ, र यसको प्रदर्शन लोड प्रतिरोध र 3 देखि 4 V को इनपुट भोल्टेज दायरा भित्र मापन गरिन्छ लिथियम-आयन ब्याट्री विभिन्न चार्जिङ अवस्थाहरूमा सिमुलेट गर्न। मुद्रित इन्डक्टरहरू र प्रतिरोधकहरूको दक्षता तुलना गरिएको छ। SMT inductors र resistors को दक्षता। SMT capacitors सबै अवस्थामा प्रयोग गरिन्छ किनभने यो अनुप्रयोगको लागि आवश्यक क्यापेसिटन्स मुद्रित क्यापेसिटरहरूसँग पूरा गर्न धेरै ठूलो छ।
(a) भोल्टेज स्टेबिलाइजिङ सर्किटको रेखाचित्र। (b–d) (b) Vout, (c) Vsw, र (d) इन्डक्टरमा प्रवाहित करेन्टको वेभफॉर्महरू, इनपुट भोल्टेज 4.0 V हो, लोड प्रतिरोध 1 kΩ हो, र प्रिन्ट गरिएको इन्डक्टरलाई मापन गर्न प्रयोग गरिन्छ। यस मापनको लागि सतह माउन्ट प्रतिरोधकहरू र क्यापेसिटरहरू प्रयोग गरिन्छ। (e) विभिन्न लोड प्रतिरोधहरू र इनपुट भोल्टेजहरूका लागि, सबै सतह माउन्ट कम्पोनेन्टहरू र छापिएका इन्डक्टरहरू र प्रतिरोधकहरू प्रयोग गरेर भोल्टेज नियामक सर्किटहरूको दक्षता। ) सतह माउन्ट र मुद्रित सर्किटको दक्षता अनुपात (e) मा देखाइएको छ।
4.0 V इनपुट भोल्टेज र 1000 Ω लोड प्रतिरोधको लागि, मुद्रित इन्डक्टरहरू प्रयोग गरेर मापन गरिएको तरंगरूपहरू चित्र 6b-d मा देखाइएको छ। चित्र 6c ले IC को Vsw टर्मिनलमा भोल्टेज देखाउँछ; इन्डक्टर भोल्टेज Vin-Vsw हो। चित्र 6d ले इन्डक्टरमा प्रवाह भइरहेको देखाउँछ। SMT र मुद्रित कम्पोनेन्टहरू भएको सर्किटको दक्षतालाई इनपुट भोल्टेज र लोड प्रतिरोधको कार्यको रूपमा चित्र 6e मा देखाइएको छ, र चित्र 6f ले दक्षता अनुपात देखाउँछ। SMT कम्पोनेन्टहरूमा मुद्रित कम्पोनेन्टहरू। SMT कम्पोनेन्टहरू प्रयोग गरेर मापन गरिएको दक्षता निर्माताको डेटा पानामा दिइएको अपेक्षित मानसँग मिल्दोजुल्दो छ 14। उच्च इनपुट वर्तमान (कम लोड प्रतिरोध र कम इनपुट भोल्टेज) मा, मुद्रित इन्डक्टरहरूको दक्षता तुलनात्मक रूपमा कम हुन्छ। उच्च शृङ्खला प्रतिरोधका कारण एसएमटी इन्डक्टरहरूको। यद्यपि, उच्च इनपुट भोल्टेज र उच्च आउटपुट करन्टको साथ, प्रतिरोधात्मक हानि कम महत्त्वपूर्ण हुन्छ, र मुद्रित इन्डक्टरहरूको कार्यसम्पादन एसएमटी इन्डक्टरहरूको नजिक जान थाल्छ। लोड प्रतिरोधका लागि >500 Ω र विन = 4.0 V वा >750 Ω र Vin = 3.5 V, मुद्रित इन्डक्टरहरूको दक्षता SMT इन्डक्टरहरूको 85% भन्दा बढी छ।
चित्र 6d मा हालको वेभफर्मलाई मापन गरिएको पावर हानिसँग तुलना गर्दा प्रिन्ट गरिएको सर्किट र एसएमटी सर्किट बीचको दक्षतामा अपेक्षित भिन्नताको मुख्य कारण इन्डक्टरमा भएको प्रतिरोधात्मक क्षति हो। 4.0 V मा मापन गरिएको इनपुट र आउटपुट पावर इनपुट भोल्टेज र 1000 Ω लोड प्रतिरोध 30.4 mW र 25.8 mW SMT कम्पोनेन्टहरू भएका सर्किटहरूका लागि, र 33.1 mW र 25.2 mW मुद्रित घटकहरू भएका सर्किटहरूका लागि छन्। त्यसैले, छापिएको सर्किटको हानि 7.9 mW हो, जुन m4 भन्दा बढी हो। SMT कम्पोनेन्टहरू भएको सर्किट। चित्र 6d मा वेभफर्मबाट गणना गरिएको RMS इन्डक्टर वर्तमान 25.6 mA हो। यसको शृङ्खला प्रतिरोध 4.9 Ω भएकोले, अपेक्षित पावर हानि 3.2 mW हो। यो मापन गरिएको 3.4 mW DC पावर भिन्नताको 96% हो। यसका अतिरिक्त, सर्किट मुद्रित इन्डक्टरहरू र मुद्रित प्रतिरोधकहरू र मुद्रित इन्डक्टरहरू र SMT प्रतिरोधहरू, र तिनीहरू बीच कुनै महत्त्वपूर्ण दक्षता भिन्नता देखाइएको छैन।
त्यसपछि भोल्टेज नियामकलाई लचिलो PCB (सर्किटको प्रिन्टिङ र SMT कम्पोनेन्ट कार्यसम्पादन पूरक चित्र S1 मा देखाइएको छ) मा बनाइएको छ र शक्तिको स्रोतको रूपमा लचिलो लिथियम-आयन ब्याट्री र लोडको रूपमा OLED एरे बीच जोडिएको छ। Lochner et al अनुसार। 9 OLED उत्पादन गर्न, प्रत्येक OLED पिक्सेलले 5 V मा 0.6 mA खपत गर्छ। ब्याट्रीले क्रमशः क्याथोड र एनोडको रूपमा लिथियम कोबाल्ट अक्साइड र ग्रेफाइट प्रयोग गर्दछ, र डाक्टर ब्लेड कोटिंग द्वारा निर्मित हुन्छ, जुन सबैभन्दा सामान्य ब्याट्री मुद्रण विधि हो। ब्याट्री क्षमता 16mAh छ, र परीक्षणको समयमा भोल्टेज 4.0V छ। चित्र 7 ले लचिलो PCB मा सर्किटको फोटो देखाउँछ, समानान्तरमा जोडिएको तीन OLED पिक्सेललाई शक्ति दिन्छ। प्रदर्शनले मुद्रित पावर कम्पोनेन्टहरू अन्यसँग एकीकृत हुन सक्ने सम्भावना देखाएको छ। लचिलो र जैविक उपकरणहरू थप जटिल इलेक्ट्रोनिक प्रणालीहरू बनाउन।
प्रिन्ट गरिएको इन्डक्टर र प्रतिरोधकहरू प्रयोग गरेर लचिलो PCB मा भोल्टेज नियामक सर्किटको फोटो, लचिलो लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू प्रयोग गरी तीन जैविक LEDs लाई पावर।
हामीले पावर इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूमा सतह माउन्ट कम्पोनेन्टहरू प्रतिस्थापन गर्ने लक्ष्यका साथ, लचिलो PET सब्सट्रेटहरूमा मानहरूको दायराका साथ स्क्रिन प्रिन्टेड इन्डक्टरहरू, क्यापेसिटरहरू र प्रतिरोधकहरू देखाइएका छौं। हामीले ठूलो व्यासको सर्पिल डिजाइन गरेर, भर्ने दर देखाएका छौं। , र रेखा चौडाइ-स्पेस चौडाइ अनुपात, र कम प्रतिरोधी मसीको बाक्लो तह प्रयोग गरेर। यी कम्पोनेन्टहरू पूर्ण रूपमा मुद्रित र लचिलो RLC सर्किटमा एकीकृत हुन्छन् र kHz-MHz फ्रिक्वेन्सी दायरामा अनुमानित विद्युतीय व्यवहार प्रदर्शन गर्दछ, जुन सबैभन्दा ठूलो छ। पावर इलेक्ट्रोनिक्समा रुचि।
प्रिन्ट गरिएको पावर इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको लागि सामान्य प्रयोग केसहरू पहिरन योग्य वा उत्पादन-एकीकृत लचिलो इलेक्ट्रोनिक प्रणालीहरू हुन्, लचिलो रिचार्जेबल ब्याट्रीहरू (जस्तै लिथियम-आयन) द्वारा संचालित, जसले चार्जको अवस्था अनुसार चल भोल्टेजहरू उत्पन्न गर्न सक्छ। यदि लोड (प्रिन्टिङ र सहित) अर्गानिक इलेक्ट्रोनिक उपकरण) लाई ब्याट्री द्वारा भोल्टेज आउटपुट भन्दा बढी वा स्थिर भोल्टेज चाहिन्छ, एक भोल्टेज नियामक आवश्यक छ। यस कारणका लागि, प्रिन्ट गरिएको इन्डक्टरहरू र प्रतिरोधकहरू परम्परागत सिलिकन आईसीहरूसँग बूस्ट नियामकमा एकीकृत हुन्छन्। एक चल भोल्टेज ब्याट्री पावर सप्लाईबाट 5 V। लोड वर्तमान र इनपुट भोल्टेजको निश्चित दायरा भित्र, यो सर्किटको दक्षता सतह माउन्ट इन्डक्टरहरू र प्रतिरोधकहरू प्रयोग गरेर नियन्त्रण सर्किटको दक्षताको 85% भन्दा बढी हुन्छ। सामग्री र ज्यामितीय अनुकूलनहरूको बावजुद, इन्डक्टरमा प्रतिरोधात्मक हानिहरू अझै पनि उच्च वर्तमान स्तरहरूमा सर्किट प्रदर्शनको लागि सीमित कारक हुन् (इनपुट वर्तमान लगभग 10 एमए भन्दा बढी)। यद्यपि, कम प्रवाहहरूमा, इन्डक्टरमा घाटाहरू कम हुन्छन्, र समग्र प्रदर्शन दक्षताद्वारा सीमित हुन्छ। IC को। धेरै मुद्रित र जैविक उपकरणहरूलाई अपेक्षाकृत कम प्रवाहहरू चाहिन्छ, जस्तै हाम्रो प्रदर्शनमा प्रयोग गरिएका साना OLEDs, मुद्रित पावर इन्डक्टरहरूलाई त्यस्ता अनुप्रयोगहरूको लागि उपयुक्त मान्न सकिन्छ। निम्न वर्तमान स्तरहरूमा उच्चतम दक्षताको लागि डिजाइन गरिएको ICs प्रयोग गरेर, उच्च समग्र कनवर्टर दक्षता हासिल गर्न सकिन्छ।
यस कार्यमा, भोल्टेज नियामक परम्परागत पीसीबी, लचिलो पीसीबी र सतह माउन्ट कम्पोनेन्ट सोल्डरिंग टेक्नोलोजीमा बनाइएको छ, जबकि छापिएको घटक छुट्टै सब्सट्रेटमा निर्माण गरिएको छ। यद्यपि, कम-तापमान र उच्च-चिपाहट मसीहरू स्क्रिन उत्पादन गर्न प्रयोग गरिन्छ। मुद्रित फिल्महरूले निष्क्रिय कम्पोनेन्टहरू, साथै यन्त्र र सतह माउन्ट कम्पोनेन्ट सम्पर्क प्याडहरू बीचको अन्तरसम्बन्धलाई कुनै पनि सब्सट्रेटमा प्रिन्ट गर्न अनुमति दिनुपर्छ। सतह माउन्ट कम्पोनेन्टहरूका लागि अवस्थित कम-तापमान प्रवाहक टाँस्नेहरूको प्रयोगसँग मिलाएर, यसले अनुमति दिन्छ। सम्पूर्ण सर्किट सस्तो सब्सट्रेट (जस्तै PET) मा PCB etching जस्ता घटाउने प्रक्रियाहरूको आवश्यकता बिना नै निर्माण गरिने छ। त्यसैले, यस कार्यमा विकसित स्क्रिन-प्रिन्ट गरिएको निष्क्रिय कम्पोनेन्टहरूले ऊर्जा र भारहरू एकीकृत गर्ने लचिलो इलेक्ट्रोनिक प्रणालीहरूको लागि मार्ग प्रशस्त गर्न मद्दत गर्दछ। उच्च प्रदर्शन पावर इलेक्ट्रोनिक्सको साथ, सस्तो सब्सट्रेटहरू प्रयोग गरेर, मुख्य रूपमा थप्ने प्रक्रियाहरू र न्यूनतम सतह माउन्ट घटकहरूको संख्या।
Asys ASP01M स्क्रिन प्रिन्टर र Dynamesh Inc. द्वारा प्रदान गरिएको स्टेनलेस स्टील स्क्रिन प्रयोग गरेर, निष्क्रिय घटकका सबै तहहरू 76 μm को मोटाईको साथ लचिलो PET सब्सट्रेटमा स्क्रिन प्रिन्ट गरिएको थियो। धातु तहको जाल आकार 400 लाइन प्रति इन्च र 250 छ। डाइलेक्ट्रिक तह र प्रतिरोध तहका लागि प्रति इन्च लाइनहरू। 55 N को स्क्वीजी फोर्स, 60 mm/s को प्रिन्टिंग गति, 1.5 mm को ब्रेकिङ दूरी, र 65 को कठोरता भएको Serilor squeegee प्रयोग गर्नुहोस् (धातु र प्रतिरोधीका लागि। तहहरू) वा 75 (डाइलेक्ट्रिक तहहरूका लागि) स्क्रिन प्रिन्टिङका ​​लागि।
प्रवाहकीय तहहरू - इन्डक्टरहरू र क्याप्यासिटरहरू र प्रतिरोधकहरूको सम्पर्कहरू - DuPont 5082 वा DuPont 5064H सिल्भर माइक्रोफ्लेक मसीले प्रिन्ट गरिन्छ। प्रतिरोधक DuPont 7082 कार्बन कन्डक्टरसँग छापिएको हुन्छ। क्यापेसिटर डाइलेक्ट्रिकको लागि, कन्डक्टिभ कम्पाउन्ड BT-101010101010101000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000। प्रयोग गरिन्छ।फिल्मको एकरूपता सुधार गर्न दुई-पास (भिजे-भिजेको) मुद्रण चक्र प्रयोग गरेर डाइलेक्ट्रिकको प्रत्येक तह उत्पादन गरिन्छ। प्रत्येक कम्पोनेन्टको लागि, कम्पोनेन्टको प्रदर्शन र परिवर्तनशीलतामा बहु ​​प्रिन्टिङ चक्रको प्रभाव जाँच गरियो। नमूनाहरू एउटै सामग्रीका धेरै कोटिंगहरू कोटिंगहरू बीच 2 मिनेटको लागि 70 डिग्री सेल्सियसमा सुकाइयो। प्रत्येक सामग्रीको अन्तिम कोट लागू गरेपछि, पूर्ण सुकाउने सुनिश्चित गर्न नमूनाहरू 140 डिग्री सेल्सियसमा 10 मिनेटको लागि बेक गरियो। स्क्रिनको स्वचालित पङ्क्तिबद्ध कार्य प्रिन्टरलाई पछिल्ला तहहरू पङ्क्तिबद्ध गर्न प्रयोग गरिन्छ। इन्डक्टरको केन्द्रसँगको सम्पर्क ड्युपन्ट 5064H मसीको साथ सब्सट्रेटको पछाडि केन्द्र प्याडमा प्वाल प्वाल काटेर र स्टेन्सिल प्रिन्टिङ ट्रेसहरू काटेर प्राप्त गरिन्छ। मुद्रण उपकरणहरू बीचको अन्तरसम्बन्धले पनि डुपोन्ट प्रयोग गर्दछ। 5064H स्टेंसिल प्रिन्टिङ।चित्र 7 मा देखाइएको लचिलो PCB मा छापिएका कम्पोनेन्टहरू र SMT कम्पोनेन्टहरू प्रदर्शन गर्नका लागि, प्रिन्ट गरिएका कम्पोनेन्टहरू सर्किट वर्क्स CW2400 कन्डक्टिभ इपोक्सी प्रयोग गरेर जोडिएका छन्, र SMT कम्पोनेन्टहरू परम्परागत सोल्डरिङद्वारा जोडिएका छन्।
लिथियम कोबाल्ट अक्साइड (LCO) र ग्रेफाइट-आधारित इलेक्ट्रोडहरू क्रमशः ब्याट्रीको क्याथोड र एनोडको रूपमा प्रयोग गरिन्छ। क्याथोड स्लरी 80% LCO (MTI Corp.), 7.5% ग्रेफाइट (KS6, Timcal), 2.5 को मिश्रण हो। % कार्बन ब्ल्याक (सुपर पी, टिमकल) र 10% पोलिभिनाइलिडीन फ्लोराइड (PVDF, कुरेहा कर्पोरेशन)। ) एनोड 84wt% ग्रेफाइट, 4wt% कार्बन ब्ल्याक र 13wt% PVDF.N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP, Sigma Aldrich) को मिश्रण हो PVDF बाइन्डरलाई विघटन गर्न र स्लरीलाई फैलाउन प्रयोग गरिन्छ। भोर्टेक्स मिक्सरको साथ रातभर हलचल। A 0.0005 इन्च बाक्लो स्टेनलेस स्टील पन्नी र 10 μm निकल पन्नी क्रमशः क्याथोड र एनोडको लागि हालको कलेक्टरको रूपमा प्रयोग गरिन्छ। हालको कलेक्टरमा मसीलाई 20 को प्रिन्टिंग गतिमा स्क्वीजीसँग छापिन्छ। मि.मि./सेकेन्ड। विलायक हटाउनको लागि 80 डिग्री सेल्सियसमा 2 घण्टाको लागि इलेक्ट्रोडलाई तताउनुहोस्। सुकेपछि इलेक्ट्रोडको उचाइ लगभग 60 μm हुन्छ, र सक्रिय सामग्रीको वजनमा आधारित, सैद्धान्तिक क्षमता 1.65 mAh हुन्छ। /cm2. इलेक्ट्रोडहरूलाई 1.3 × 1.3 cm2 को आयामहरूमा काटिएको थियो र रातभर 140 डिग्री सेल्सियसमा भ्याकुम ओभनमा तताइएको थियो, र त्यसपछि तिनीहरूलाई नाइट्रोजनले भरिएको ग्लोभ बक्समा एल्युमिनियम ल्यामिनेट झोलाले बन्द गरिएको थियो। पोलीप्रोपाइलीन आधार फिल्मको समाधान। एनोड र क्याथोड र EC/DEC (1:1) मा 1M LiPF6 ब्याट्री इलेक्ट्रोलाइटको रूपमा प्रयोग गरिन्छ।
हरियो OLED मा poly(9,9-dioctylfluorene-co-n-(4-butylphenyl)-diphenylamine) (TFB) र poly((9,9-dioctylfluorene-2,7- (2,1,3-benzothiadiazole-) हुन्छ। 4, 8-diyl)) (F8BT) Lochner et al 9 मा उल्लिखित प्रक्रिया अनुसार।
फिल्मको मोटाई मापन गर्न Dektak स्टाइलस प्रोफाइलर प्रयोग गर्नुहोस्। इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (SEM) स्क्यान गरेर अनुसन्धानको लागि क्रस-सेक्शनल नमूना तयार गर्न फिल्म काटिएको थियो। FEI Quanta 3D फिल्ड इमिसन गन (FEG) SEM छापिएको संरचनाको विशेषता बनाउन प्रयोग गरिन्छ। फिल्म र मोटाई मापन पुष्टि गर्नुहोस्। SEM अध्ययन 20 keV को एक द्रुत भोल्टेज र 10 मिमी को एक सामान्य कार्य दूरी मा आयोजित गरिएको थियो।
DC प्रतिरोध, भोल्टेज र वर्तमान मापन गर्न डिजिटल मल्टिमिटर प्रयोग गर्नुहोस्। इन्डक्टरहरू, क्यापेसिटरहरू र सर्किटहरूको AC प्रतिबाधा 1 मेगाहर्ट्ज भन्दा कम फ्रिक्वेन्सीको लागि Agilent E4980 LCR मिटर प्रयोग गरी मापन गरिन्छ र Agilent E5061A नेटवर्क विश्लेषक kUse. 5000 माथिको फ्रिक्वेन्सीहरू मापन गर्न प्रयोग गरिन्छ। Tektronix TDS 5034 oscilloscope भोल्टेज नियामक तरंग मापन गर्न।
यो लेख कसरी उद्धृत गर्ने: Ostfeld, AE, आदि। लचिलो पावर इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको लागि स्क्रिन प्रिन्ट निष्क्रिय घटकहरू।science.Rep। ५, १५९५९; doi: 10.1038/srep15959 (2015)।
Nathan, A. et al. Flexible इलेक्ट्रोनिक्स: अर्को सर्वव्यापी प्लेटफर्म। प्रक्रिया IEEE 100, 1486-1517 (2012)।
Rabaey, JM Human Intranet: एउटा ठाउँ जहाँ समूहहरूले मानिसहरूलाई भेट्छन्। डिजाइन, स्वचालन र परीक्षण, ग्रेनोबल, फ्रान्समा 2015 यूरोपीय सम्मेलन र प्रदर्शनीमा प्रकाशित कागज। सान जोस, क्यालिफोर्निया: EDA Alliance.637-640 (2015, मार्च 9- १३)।
Krebs, FC etc.OE-A OPV प्रदर्शनकर्ता anno domini 2011.Energy environment.science.4, 4116–4123 (2011)।
Ali, M., प्रकाश, D., Zillger, T., Singh, PK & Hübler, AC प्रिन्टेड पिजोइलेक्ट्रिक ऊर्जा सङ्कलन उपकरणहरू। उन्नत ऊर्जा सामग्री।4। १३००४२७ (२०१४)।
चेन, ए., मदन, डी., राइट, पीके र इभान्स, JW डिस्पेंसर-मुद्रित फ्लैट मोटो फिल्म थर्मोइलेक्ट्रिक ऊर्जा जेनेरेटर। माइक्रोमेकानिक्स माइक्रोइन्जिनियरिङ 21, 104006 (2011)।
Gaikwad, AM, Steingart, DA, Ng, TN, Schwartz, DE & Whiting, GL एक लचिलो उच्च-सम्भावित मुद्रित ब्याट्री प्रिन्ट गरिएको इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू पावर गर्न प्रयोग गरिन्छ। एप फिजिक्स राइट।102, 233302 (2013)।
Gaikwad, AM, Arias, AC & Steingart, DA छापिएको लचिलो ब्याट्रीहरूमा नवीनतम विकासहरू: मेकानिकल चुनौतीहरू, मुद्रण प्रविधि र भविष्यका सम्भावनाहरू। ऊर्जा प्रविधि।3, 305–328 (2015)।
Hu, Y. आदि। संरचनात्मक स्वास्थ्य अनुगमनका लागि ठूला-क्षेत्रका इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू र CMOS ICs को संयोजन गर्ने ठूलो-स्तरीय सेन्सिङ प्रणाली। IEEE J. ठोस राज्य सर्किट 49, 513–523 (2014)।