newyddion

Diolch i chi am ymweld â Nature.Mae gan y fersiwn porwr rydych chi'n ei ddefnyddio gefnogaeth gyfyngedig i CSS. I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod yn defnyddio fersiwn mwy diweddar o'r porwr (neu ddiffodd y modd cydweddoldeb yn Internet Explorer). Ar yr un pryd , er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, byddwn yn arddangos safleoedd heb arddulliau a JavaScript.
Gall ychwanegion a phrosesau argraffu tymheredd isel integreiddio gwahanol ddyfeisiau electronig sy'n cymryd llawer o bŵer ac yn cymryd llawer o bŵer ar swbstradau hyblyg ar gost isel. y dyfeisiau. Mae cydrannau goddefol - anwythyddion, cynwysorau, a gwrthyddion - yn cyflawni swyddogaethau megis hidlo, storio ynni tymor byr, a mesur foltedd, sy'n hanfodol mewn electroneg pŵer a llawer o gymwysiadau eraill. Yn yr erthygl hon, rydym yn cyflwyno anwythyddion, cynwysorau, gwrthyddion a chylchedau RLC sgrin-argraffu ar swbstradau plastig hyblyg, ac yn adrodd ar y broses ddylunio i leihau'r ymwrthedd gyfres o anwythyddion fel y gellir eu defnyddio mewn dyfeisiau electronig pŵer .The inductor printiedig a gwrthydd yn cael eu hymgorffori wedyn yn y rheolydd hwb circuit.Manufacture o ddeuodau allyrru golau organig a batris lithiwm-ion hyblyg. Defnyddir rheolyddion foltedd i bweru'r deuodau o'r batri, gan ddangos potensial cydrannau goddefol printiedig i ddisodli cydrannau mowntio wyneb traddodiadol mewn cymwysiadau trawsnewidydd DC-DC.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae'r defnydd o wahanol ddyfeisiadau hyblyg mewn cynhyrchion electronig gwisgadwy ac ardal fawr a Rhyngrwyd Pethau1,2 wedi'i ddatblygu. Mae'r rhain yn cynnwys dyfeisiau cynaeafu ynni, megis ffotofoltäig 3, piezoelectrig 4, a thermodrydanol 5; dyfeisiau storio ynni, megis batris 6, 7; a dyfeisiau sy'n defnyddio pŵer, megis synwyryddion 8, 9, 10, 11, 12, a ffynonellau golau 13.Er bod cynnydd mawr wedi'i wneud mewn ffynonellau ynni a llwythi unigol, mae cyfuno'r cydrannau hyn yn system electronig gyflawn fel arfer yn gofyn am electroneg pŵer i goresgyn unrhyw ddiffyg cyfatebiaeth rhwng ymddygiad cyflenwad pŵer a gofynion llwyth.Er enghraifft, mae batri yn cynhyrchu foltedd amrywiol yn ôl ei gyflwr gwefr.Os oes angen foltedd cyson ar y llwyth, neu'n uwch na'r foltedd y gall y batri ei gynhyrchu, mae angen electroneg pŵer Mae electroneg pŵer yn defnyddio cydrannau gweithredol (transistorau) i gyflawni swyddogaethau newid a rheoli, yn ogystal â chydrannau goddefol (anwythyddion, cynwysorau, a gwrthyddion). Er enghraifft, mewn cylched rheolydd switsio, defnyddir anwythydd i storio ynni yn ystod pob cylch newid. , defnyddir cynhwysydd i leihau crychdonni foltedd, a gwneir y mesuriad foltedd sy'n ofynnol ar gyfer rheoli adborth gan ddefnyddio rhannwr gwrthydd.
Mae dyfeisiau electronig pŵer sy'n addas ar gyfer dyfeisiau gwisgadwy (fel ocsimedr pwls 9) yn gofyn am sawl folt a sawl miliamp, fel arfer yn gweithredu yn yr ystod amledd o gannoedd o kHz i sawl MHz, ac mae angen sawl anwythiad μH a sawl anwythiad μH a'r cynhwysedd μF yn 14 yn ôl eu trefn.Y dull traddodiadol o weithgynhyrchu'r cylchedau hyn yw sodro cydrannau arwahanol i fwrdd cylched printiedig anhyblyg (PCB). Er bod cydrannau gweithredol cylchedau electronig pŵer fel arfer yn cael eu cyfuno'n gylched integredig silicon sengl (IC), cydrannau goddefol fel arfer yw allanol, naill ai'n caniatáu cylchedau arferol, neu oherwydd bod yr anwythiad a'r cynhwysedd gofynnol yn rhy fawr i'w gweithredu mewn silicon.
O'i gymharu â'r dechnoleg gweithgynhyrchu traddodiadol sy'n seiliedig ar PCB, mae gan weithgynhyrchu dyfeisiau electronig a chylchedau trwy'r broses argraffu ychwanegyn lawer o fanteision o ran symlrwydd a chost.First, gan fod angen yr un deunyddiau ar lawer o gydrannau'r gylched, megis metelau ar gyfer cysylltiadau a rhyng-gysylltiadau, mae argraffu yn caniatáu i gydrannau lluosog gael eu gweithgynhyrchu ar yr un pryd, gyda nifer gymharol fach o gamau prosesu a llai o ffynonellau o ddeunyddiau15.Mae defnyddio prosesau ychwanegyn i ddisodli prosesau tynnu fel ffotolithograffeg ac ysgythru yn lleihau cymhlethdod prosesau a gwastraff materol ymhellach16, 17, 18, a 19.Yn ogystal, mae'r tymereddau isel a ddefnyddir mewn argraffu yn gydnaws â swbstradau plastig hyblyg a rhad, gan ganiatáu defnyddio prosesau gweithgynhyrchu rholio-i-rôl cyflym i gwmpasu dyfeisiau electronig 16, 20 dros ardaloedd mawr. na ellir eu gwireddu'n llawn gyda chydrannau printiedig, mae dulliau hybrid wedi'u datblygu lle mae cydrannau technoleg mowntio wyneb (UDRh) wedi'u cysylltu â swbstradau hyblyg 21, 22, 23 wrth ymyl y cydrannau printiedig ar dymheredd isel. Yn y dull hybrid hwn, mae'n dal i fod angenrheidiol i ddisodli cymaint o gydrannau UDRh â phosibl gyda chymheiriaid printiedig i gael manteision prosesau ychwanegol a chynyddu hyblygrwydd cyffredinol y cylched. Er mwyn gwireddu electroneg pŵer hyblyg, rydym wedi cynnig cyfuniad o gydrannau gweithredol UDRh a goddefol wedi'i argraffu â sgrin. cydrannau, gyda phwyslais arbennig ar ddisodli anwythyddion UDRh swmpus ag anwythyddion troellog planar.Ymhlith y gwahanol dechnolegau ar gyfer gweithgynhyrchu electroneg printiedig, mae argraffu sgrin yn arbennig o addas ar gyfer cydrannau goddefol oherwydd ei drwch ffilm fawr (sy'n angenrheidiol i leihau ymwrthedd cyfres o nodweddion metel ) a chyflymder argraffu uchel, hyd yn oed wrth gwmpasu ardaloedd lefel centimedr Mae'r un peth yn wir ar adegau.Material 24.
Rhaid lleihau'r golled o gydrannau goddefol offer electronig pŵer, oherwydd mae effeithlonrwydd y gylched yn effeithio'n uniongyrchol ar faint o ynni sydd ei angen i bweru'r system. Mae hyn yn arbennig o heriol i anwythyddion printiedig sy'n cynnwys coiliau hir, sydd felly'n agored i gyfresi uchel. resistance.Therefore, er bod rhai ymdrechion wedi'u gwneud i leihau'r gwrthiant 25, 26, 27, 28 o'r coiliau printiedig, mae diffyg cydrannau goddefol printiedig effeithlonrwydd uchel o hyd ar gyfer dyfeisiau electronig pŵer. mae cydrannau ar swbstradau hyblyg wedi'u cynllunio i weithredu mewn cylchedau soniarus at ddibenion adnabod amledd radio (RFID) neu gynaeafu ynni 10, 12, 25, 27, 28, 29, 30, 31. Mae eraill yn canolbwyntio ar ddatblygu deunydd neu broses weithgynhyrchu a dangos cydrannau generig 26, 32, 33, 34 nad ydynt wedi'u optimeiddio ar gyfer ceisiadau penodol.Mewn cyferbyniad, mae cylchedau electronig pŵer fel rheolyddion foltedd yn aml yn defnyddio cydrannau mwy na dyfeisiau goddefol printiedig nodweddiadol ac nid oes angen cyseiniant arnynt, felly mae angen gwahanol ddyluniadau cydrannau.
Yma, rydym yn cyflwyno dyluniad ac optimeiddio anwythyddion printiedig sgrin yn yr ystod μH i gyflawni'r gwrthiant cyfres lleiaf a pherfformiad uchel ar amleddau sy'n ymwneud ag anwythyddion, cynwysorau, a gwrthyddion wedi'u hargraffu â sgrin wedi'u hargraffu â phŵer gyda gwahanol werthoedd cydran. ar swbstradau plastig hyblyg. Dangoswyd addasrwydd y cydrannau hyn ar gyfer cynhyrchion electronig hyblyg yn gyntaf mewn cylched RLC syml. Yna caiff yr anwythydd a'r gwrthydd argraffedig eu hintegreiddio gyda'r IC i ffurfio rheolydd hwb. Yn olaf, deuod allyrru golau organig (OLED). ) a chynhyrchir batri lithiwm-ion hyblyg, a defnyddir rheolydd foltedd i bweru'r OLED o'r batri.
Er mwyn dylunio anwythyddion printiedig ar gyfer electroneg pŵer, fe wnaethom ragfynegi yn gyntaf ymwrthedd anwythiad a DC cyfres o geometregau anwythol yn seiliedig ar y model dalen gyfredol a gynigir yn Mohan et al. 35, ac anwythyddion ffug o geometries gwahanol i gadarnhau Mae cywirdeb y model.In y gwaith hwn, siâp cylchlythyr ei ddewis ar gyfer yr anwythydd oherwydd gall inductance uwch 36 yn cael ei gyflawni gyda gwrthiant is o gymharu â geometreg polygonal.The dylanwad inc pennir math a nifer y cylchoedd argraffu ar wrthwynebiad. Yna defnyddiwyd y canlyniadau hyn gyda'r model amedr i ddylunio anwythyddion 4.7 μH a 7.8 μH wedi'u optimeiddio ar gyfer gwrthiant DC lleiaf.
Gall y inductance a DC ymwrthedd anwythyddion troellog yn cael ei ddisgrifio gan nifer o baramedrau: diamedr allanol yn ei wneud, trowch lled w a bylchiad s, nifer y troadau n, ac ymwrthedd taflen ddargludyddion Mae Rsheet.Figure 1a yn dangos llun o inductor cylchlythyr printiedig sgrin sidan gydag n = 12, yn dangos y paramedrau geometrig sy'n pennu ei anwythiad. Yn ôl model amedr Mohan et al. 35, mae'r inductance yn cael ei gyfrifo ar gyfer cyfres o geometregau inductor, lle
(a) Ffotograff o'r anwythydd sgrin-brintiedig yn dangos y paramedrau geometrig.Y diamedr yw 3 cm.Inductance (b) a gwrthiant DC (c) o geometries anwythydd amrywiol. Mae'r llinellau a'r marciau yn cyfateb i werthoedd wedi'u cyfrifo a'u mesur, yn y drefn honno. (ch,e) Mae gwrthiannau DC yr anwythyddion L1 a L2 yn cael eu hargraffu gydag inciau arian Dupont 5028 a 5064H, yn y drefn honno.(f,g) Micrograffau SEM o sgrin y ffilmiau a argraffwyd gan Dupont 5028 a 5064H, yn y drefn honno.
Ar amleddau uchel, bydd effaith y croen a chynhwysedd parasitig yn newid ymwrthedd a anwythiad yr anwythydd yn ôl ei werth DC. Disgwylir i'r inductor weithio ar amledd digon isel fel bod yr effeithiau hyn yn ddibwys, ac mae'r ddyfais yn ymddwyn fel anwythiad cyson gyda gwrthiant cyson mewn cyfres.
Mae anwythiad a gwrthiant yn cael eu cyfrifo ar gyfer cyfres o baramedrau geometrig y gellir eu gwireddu trwy argraffu sgrin, a disgwylir y bydd inductance yn yr ystod μH yn cael ei gynhyrchu. Y diamedrau allanol o 3 a 5 cm, lled y llinell o 500 a 1000 micron , ac mae troeon amrywiol yn cael eu cymharu.Yn y cyfrifiad, rhagdybir bod gwrthiant y daflen yn 47 mΩ/□, sy'n cyfateb i haen dargludydd microflake arian 7 μm o drwch wedi'i argraffu gyda sgrin rwyll 400 a gosodiad w = s.The inductance cyfrifo a gwerthoedd gwrthiant yn cael eu dangos yn Ffigur 1b ac c, yn ôl eu trefn. Mae'r model yn rhagweld bod y ddau inductance a gwrthiant yn cynyddu wrth i'r diamedr allanol a nifer y troadau gynyddu, neu wrth i'r lled llinell leihau.
Er mwyn gwerthuso cywirdeb rhagfynegiadau model, inductors o geometries amrywiol ac anwythiannau eu ffugio ar polyethylen terephthalate (PET) substrate.The inductance mesuredig a gwerthoedd gwrthiant yn cael eu dangos yn Ffigur 1b a c.Although y gwrthiant yn dangos rhywfaint o wyro oddi wrth y gwerth disgwyliedig, yn bennaf oherwydd newidiadau yn nhrwch ac unffurfiaeth yr inc a adneuwyd, roedd yr anwythiad yn dangos cytundeb da iawn gyda'r model.
Gellir defnyddio'r canlyniadau hyn i ddylunio anwythiad gyda'r anwythiad gofynnol a'r gwrthiant DC lleiaf posibl.Er enghraifft, tybiwch fod angen anwythiad o 2 μH. Mae Ffigur 1b yn dangos y gellir gwireddu'r anwythiant hwn gyda diamedr allanol o 3 cm, lled llinell o 500 μm, a 10 tro.Gellir cynhyrchu'r un anwythiant hefyd gan ddefnyddio 5 cm o ddiamedr allanol, lled llinell 500 μm a 5 tro neu 1000 μm lled llinell a 7 tro (fel y dangosir yn y ffigur). Cymharu gwrthiannau'r tri hyn geometregau posibl yn Ffigur 1c, gellir canfod mai'r gwrthiant isaf o inductor 5 cm gyda lled llinell o 1000 μm yw 34 Ω, sydd tua 40% yn is na'r ddau arall.Y broses ddylunio gyffredinol i gyflawni anwythiad penodol gyda gwrthiant lleiaf yn cael ei grynhoi fel a ganlyn: Yn gyntaf, dewiswch y diamedr allanol uchaf a ganiateir yn ôl y cyfyngiadau gofod a osodir gan y application.Then, dylai lled y llinell fod mor fawr â phosibl tra'n dal i gyflawni'r anwythiad gofynnol i gael cyfradd llenwi uchel (Haliad (3)).
Trwy gynyddu'r trwch neu ddefnyddio deunydd â dargludedd uwch i leihau ymwrthedd dalen y ffilm fetel, gellir lleihau'r gwrthiant DC ymhellach heb effeithio ar yr anwythyddion inductance.Two, y mae eu paramedrau geometrig yn cael eu rhoi yn Nhabl 1, a elwir yn L1 a L2, yn cael eu cynhyrchu gyda gwahanol niferoedd o haenau i werthuso'r newid mewn gwrthiant.Wrth i nifer y haenau inc gynyddu, mae'r gwrthiant yn gostwng yn gymesur yn ôl y disgwyl, fel y dangosir yn Ffigurau 1d ac e, sef anwythyddion L1 a L2, yn y drefn honno.Ffigurau 1d ac e dangos, trwy gymhwyso 6 haen o cotio, y gellir lleihau'r gwrthiant hyd at 6 gwaith, ac mae'r gostyngiad mwyaf mewn gwrthiant (50-65%) yn digwydd rhwng haen 1 a haen 2.Gan fod pob haen o inc yn gymharol denau, a sgrin gyda maint grid cymharol fach (400 llinell y fodfedd) yn cael ei ddefnyddio i argraffu anwythyddion hyn, sy'n ein galluogi i astudio effaith trwch dargludydd ar resistance.As Cyn belled â bod y nodweddion patrwm yn parhau i fod yn fwy na'r cydraniad lleiaf y grid, a gellir cyflawni trwch tebyg (a gwrthiant) yn gyflymach trwy argraffu nifer llai o haenau gyda maint grid mwy.
Mae Ffigurau 1d ac e hefyd yn dangos, trwy ddefnyddio'r inc ffloch arian mwy dargludol DuPont 5064H, bod y gwrthiant yn cael ei leihau gan ffactor o two.From y micrograffau SEM o'r ffilmiau a argraffwyd gyda'r ddau inc (Ffigur 1f, g), gall fod gweld bod dargludedd is yr inc 5028 oherwydd ei faint gronynnau llai a phresenoldeb llawer o wagleoedd rhwng y gronynnau yn y ffilm printiedig.Ar y llaw arall, mae gan 5064H naddion mwy, wedi'u trefnu'n agosach, gan ei gwneud yn ymddwyn yn agosach at swmp silver.Although mae'r ffilm a gynhyrchir gan yr inc hwn yn deneuach na'r inc 5028, gydag un haen o 4 μm a 6 haen o 22 μm, mae'r cynnydd mewn dargludedd yn ddigon i leihau'r gwrthiant cyffredinol.
Yn olaf, er bod y inductance (hafaliad (1)) yn dibynnu ar nifer y troeon (w + s), y gwrthiant (hafaliad (5)) yn dibynnu yn unig ar y lled llinell w.Therefore, gan gynyddu w gymharu â s, y gwrthiant Gellir eu lleihau ymhellach. Mae'r ddau anwythydd ychwanegol L3 a L4 wedi'u cynllunio i gael w = 2s a diamedr allanol mawr, fel y dangosir yn Nhabl 1. Mae'r anwythyddion hyn yn cael eu cynhyrchu gyda 6 haen o cotio DuPont 5064H, fel y dangosir yn gynharach, i ddarparu'r performance.The uchaf anwythiad o L3 yn 4.720 ± 0.002 μH ac mae'r gwrthiant yn 4.9 ± 0.1 Ω, tra bod y inductance o L4 yn 7.839 ± 0.005 μH a 6.9 ± 0.1 Ω, sef y model inion. cynnydd mewn trwch, dargludedd, ac w/s, mae hyn yn golygu bod y gymhareb L/R wedi cynyddu mwy na threfn maint o'i gymharu â'r gwerth yn Ffigur 1.
Er bod ymwrthedd DC isel yn addawol, mae gwerthuso addasrwydd anwythyddion ar gyfer offer electronig pŵer sy'n gweithredu yn yr ystod kHz-MHz yn gofyn am nodweddu ar amlderau AC. , mae'r gwrthiant yn parhau i fod yn fras yn gyson ar ei werth DC, tra bod y reactance yn cynyddu'n llinol ag amlder, sy'n golygu bod y inductance yn gyson fel y disgwylir. Mae amlder hunan-cyseiniol yn cael ei ddiffinio fel yr amlder y mae'r rhwystriant yn newid o anwythol i capacitive, gyda L3 yw 35.6 ± 0.3 MHz a L4 yn 24.3 ± 0.6 MHz.Dangosir dibyniaeth amlder y ffactor ansawdd Q (sy'n hafal i ωL/R) yn Ffigur 2b.L3 a L4 yn cyflawni ffactorau ansawdd uchaf o 35 ± 1 a 33 ± 1 ar amleddau o 11 a 16 MHz, yn y drefn honno.Mae anwythiad ychydig o μH a'r amlderau Q cymharol uchel ar MHz yn golygu bod yr anwythyddion hyn yn ddigon i ddisodli anwythyddion mowntio wyneb traddodiadol mewn trawsnewidyddion DC-DC pŵer isel.
Mae gwrthiant mesuredig R ac adweithedd X (a) a ffactor ansawdd Q (b) anwythyddion L3 a L4 yn gysylltiedig ag amledd.
Er mwyn lleihau'r ôl-troed sy'n ofynnol ar gyfer cynhwysedd penodol, mae'n well defnyddio technoleg cynhwysydd gyda chynhwysedd penodol mawr, sy'n hafal i'r cysonyn dielectrig ε wedi'i rannu â thrwch y dielectric.Yn y gwaith hwn, dewisom bariwm titanate cyfansawdd fel y deuelectrig oherwydd bod ganddo epsilon uwch na dielectrics organig eraill sy'n cael eu prosesu gan doddiant. Mae'r haen dielectrig yn cael ei hargraffu rhwng y ddau ddargludydd arian i ffurfio strwythur metel-deuelectrig-metel.Cynwysyddion gyda meintiau amrywiol mewn centimetrau, fel y dangosir yn Ffigur 3a , yn cael eu cynhyrchu gan ddefnyddio dwy neu dair haen o inc dielectrig i gynnal yield.Figure 3b da yn dangos micrograff SEM trawsdoriadol o gynhwysydd cynrychioliadol a wnaed gyda dwy haen o dielectric, gyda thrwch dielectrig cyfanswm o 21 μm.The electrodau uchaf a gwaelod Mae gronynnau titanate bariwm un-haen a chwe haen yn y drefn honno.Micron maint i'w gweld yn y ddelwedd SEM oherwydd bod yr ardaloedd mwy disglair wedi'u hamgylchynu gan y rhwymwr organig tywyllach. Mae'r inc deuelectrig yn gwlychu'r electrod gwaelod yn dda ac yn ffurfio rhyngwyneb clir gyda'r ffilm metel printiedig, fel y dangosir yn y llun gyda chwyddhad uwch.
(a) Ffotograff o gynhwysydd â phum arwynebedd gwahanol.(b) Micrograff SEM trawstoriad o gynhwysydd â dwy haen o ddielectrig, yn dangos electrodau deuelectrig bariwm titanate ac arian.(c) Cynhwysedd cynwysyddion â 2 a 3 bariwm titanate haenau deuelectrig a gwahanol arwynebeddau, wedi'u mesur ar 1 MHz.(ch) Y berthynas rhwng cynhwysedd, ESR, a ffactor colled cynhwysydd 2.25 cm2 gyda 2 haen o haenau deuelectrig ac amledd.
Mae'r cynhwysedd yn gymesur â'r arwynebedd disgwyliedig. Fel y dangosir yn Ffigur 3c, cynhwysedd penodol y deuelectrig dwy haen yw 0.53 nF/cm2, a chynhwysedd penodol y deuelectrig tair haen yw 0.33 nF/cm2. Mae'r gwerthoedd hyn yn cyfateb i gysonyn dielectrig o 13.The mesurwyd ffactor cynhwysedd a dissipation (DF) hefyd ar wahanol amleddau, fel y dangosir yn Ffigur 3d, ar gyfer cynhwysydd 2.25 cm2 gyda dwy haen o dielectric.Canfuom fod y cynhwysedd yn gymharol wastad yn yr ystod amlder diddordeb, gan gynyddu 20%. o 1 i 10 MHz, tra yn yr un ystod, cynyddodd DF o 0.013 i 0.023.Since y ffactor afradu yw'r gymhareb colli ynni i'r ynni a storir ym mhob cylch AC, mae DF o 0.02 yn golygu bod 2% o'r pŵer yn cael ei drin gan y cynhwysydd yn cael ei fwyta. Mae'r golled hon fel arfer yn cael ei fynegi fel y gwrthiant cyfres cyfatebol amledd-ddibynnol (ESR) sy'n gysylltiedig mewn cyfres â'r cynhwysydd, sy'n hafal i DF/ωC. Mae ESR yn is na 1.5 Ω, ac ar gyfer amleddau sy'n fwy na 4 MHz, mae ESR yn is na 0.5 Ω.Er bod defnyddio'r dechnoleg cynhwysydd hon, mae angen ardal fawr iawn ar y cynwysyddion dosbarth μF sy'n ofynnol ar gyfer trawsnewidwyr DC-DC, ond mae'r 100 pF- nF ystod capacitance a cholli isel cynwysorau hyn yn eu gwneud yn addas ar gyfer ceisiadau eraill, megis hidlyddion a chylchedau soniarus .Gellir defnyddio dulliau amrywiol i gynyddu'r capacitance.A cyson deuelectrig uwch yn cynyddu'r capacitance penodol 37; er enghraifft, gellir cyflawni hyn trwy gynyddu'r crynodiad o ronynnau titanate bariwm yn yr inc.Gellir defnyddio trwch dielectrig llai, er bod hyn yn gofyn am electrod gwaelod gyda garwder is na flake.Thinner arian wedi'i argraffu â sgrin, cynhwysydd garwedd is gellir adneuo haenau trwy argraffu inkjet 31 neu argraffu gravure 10, y gellir eu cyfuno â phroses argraffu sgrin. Yn olaf, gellir pentyrru ac argraffu haenau lluosog o fetel a deuelectrig a'u cysylltu ochr yn ochr, a thrwy hynny gynyddu'r cynhwysedd 34 fesul ardal uned .
Defnyddir rhannwr foltedd sy'n cynnwys pâr o wrthyddion fel arfer i berfformio mesuriad foltedd sydd ei angen ar gyfer rheoli adborth rheolydd foltedd. Ar gyfer y math hwn o gais, dylai gwrthiant y gwrthydd printiedig fod yn yr ystod kΩ-MΩ, a'r gwahaniaeth rhwng mae'r dyfeisiau'n fach.Yma, canfuwyd mai gwrthiant dalen yr inc carbon wedi'i argraffu â sgrin un haen oedd 900 Ω/□. Defnyddir y wybodaeth hon i ddylunio dau wrthydd llinol (R1 a R2) a gwrthydd serpentine (R3 ) gyda gwrthiant enwol o 10 kΩ, 100 kΩ, a 1.5 MΩ.Y gwrthiant rhwng y gwerthoedd enwol yn cael ei gyflawni trwy argraffu dwy neu dair haen o inc, fel y dangosir yn Ffigur 4, a lluniau o'r tri resistances.Make 8- 12 sampl o bob math; ym mhob achos, gwyriad safonol y gwrthiant yw 10% neu lai.Mae'r newid gwrthiant o samplau gyda dwy neu dair haen o cotio yn tueddu i fod ychydig yn llai na samplau gydag un haen o coating.The newid bach yn y gwrthiant mesuredig ac mae'r cytundeb agos â'r gwerth enwol yn dangos y gellir cael gwrthiannau eraill yn yr amrediad hwn yn uniongyrchol trwy addasu geometreg y gwrthydd.
Tri geometreg gwrthydd gwahanol gyda niferoedd gwahanol o haenau inc gwrthiannol carbon. Mae lluniau'r tri gwrthydd i'w gweld ar y dde.
Mae cylchedau RLC yn enghreifftiau clasurol o werslyfrau o gyfuniadau gwrthydd, anwythydd, a chynhwysydd a ddefnyddir i ddangos a gwirio ymddygiad cydrannau goddefol sydd wedi'u hintegreiddio i gylchedau printiedig go iawn.Yn y gylched hon, mae anwythydd 8 μH a chynhwysydd 0.8 nF wedi'u cysylltu mewn cyfres, ac a Mae gwrthydd 25 kΩ wedi'i gysylltu ochr yn ochr â them.The llun o'r cylched hyblyg yn cael ei ddangos yn Ffigur 5a.Y rheswm dros ddewis y cyfuniad cyfres-gyfochrog arbennig hwn yw bod ei ymddygiad yn cael ei bennu gan bob un o'r tair cydran amledd gwahanol, fel bod y gellir amlygu perfformiad pob cydran a'i werthuso.O ystyried ymwrthedd cyfres 7 Ω yr anwythydd a'r 1.3 Ω ESR y cynhwysydd, cyfrifwyd ymateb amlder disgwyliedig y gylched. Dangosir y diagram cylched yn Ffigur 5b, ac mae'r diagram cylched wedi'i gyfrifo dangosir osgled rhwystriant a chyfnod a gwerthoedd mesuredig yn Ffigurau 5c a d.At amleddau isel, mae rhwystriant uchel y cynhwysydd yn golygu bod ymddygiad y gylched yn cael ei bennu gan y gwrthydd 25 kΩ. Wrth i'r amlder gynyddu, mae rhwystriant y cynhwysydd mae llwybr yr LC yn lleihau; mae'r ymddygiad cylched cyfan yn capacitive nes bod yr amledd soniarus yn 2.0 MHz.Ar ben yr amlder cyseiniant, mae'r rhwystriant anwythol dominates.Figure 5 yn dangos yn glir y cytundeb ardderchog rhwng gwerthoedd wedi'u cyfrifo a'u mesur ar draws yr amledd cyfan range.This yn golygu bod y model a ddefnyddir yma (lle mae anwythyddion a chynwysorau yn gydrannau delfrydol ag ymwrthedd cyfres) yn gywir ar gyfer rhagweld ymddygiad cylched ar yr amleddau hyn.
(a) Ffotograff o gylched RLC wedi'i hargraffu â sgrin sy'n defnyddio cyfres o gyfuniad o anwythydd 8 μH a chynhwysydd 0.8 nF yn baralel â gwrthydd 25 kΩ.(b) Model cylched gan gynnwys gwrthiant cyfres anwythydd a chynhwysydd.(c) ,d) Osgled rhwystriant (c) a gwedd (d) y gylched.
Yn olaf, mae anwythyddion printiedig a gwrthyddion yn cael eu gweithredu yn y rheolydd hwb.The IC a ddefnyddir yn yr arddangosiad hwn yw Microsglodyn MCP1640B14, sef rheolydd hwb cydamserol seiliedig ar PWM gydag amlder gweithredu o 500 kHz.Dangosir y diagram cylched yn Ffigur 6a.A. Defnyddir inductor 4.7 μH a dau gynhwysydd (4.7 μF a 10 μF) fel elfennau storio ynni, a defnyddir pâr o wrthyddion i fesur foltedd allbwn y rheolydd adborth.Dewiswch y gwerth gwrthiant i addasu'r foltedd allbwn i 5 V. Mae'r gylched yn cael ei gynhyrchu ar y PCB, ac mae ei berfformiad yn cael ei fesur o fewn y gwrthiant llwyth a'r ystod foltedd mewnbwn o 3 i 4 V i efelychu'r batri lithiwm-ion mewn gwahanol wladwriaethau codi tâl. Mae effeithlonrwydd anwythyddion a gwrthyddion printiedig yn cael ei gymharu â'r effeithlonrwydd anwythyddion UDRh a gwrthyddion. Defnyddir cynwysorau SMT ym mhob achos oherwydd bod y cynhwysedd sydd ei angen ar gyfer y cais hwn yn rhy fawr i'w gwblhau gyda chynwysorau wedi'u hargraffu.
(a) Diagram o gylched sefydlogi foltedd.(b–d) (b) Vout, (c) Vsw, a (ch) Tonffurfiau cerrynt yn llifo i'r anwythydd, y foltedd mewnbwn yw 4.0 V, y gwrthiant llwyth yw 1 kΩ, a defnyddir yr anwythydd printiedig i fesur. Defnyddir gwrthyddion mowntio arwyneb a chynwysorau ar gyfer y mesuriad hwn.(d) Ar gyfer gwrthiannau llwyth amrywiol a folteddau mewnbwn, effeithlonrwydd cylchedau rheolydd foltedd gan ddefnyddio'r holl gydrannau mowntio arwyneb ac anwythyddion a gwrthyddion printiedig.(f) ) Cymhareb effeithlonrwydd mownt arwyneb a chylched printiedig a ddangosir yn (e).
Ar gyfer foltedd mewnbwn 4.0 V a gwrthiant llwyth 1000 Ω, dangosir y tonffurfiau a fesurir gan ddefnyddio anwythyddion printiedig yn Ffigur 6b-d. Mae Ffigur 6c yn dangos y foltedd ar derfynell Vsw yr IC; y foltedd inductor yw Vin-Vsw.Figure 6d yn dangos y cerrynt sy'n llifo i mewn i'r inductor.The effeithlonrwydd y gylched gyda UDRh a chydrannau printiedig yn cael ei ddangos yn Ffigur 6e fel swyddogaeth o foltedd mewnbwn a gwrthiant llwyth, ac mae Ffigur 6f yn dangos y gymhareb effeithlonrwydd o gydrannau printiedig i UDRh components.The effeithlonrwydd a fesurir gan ddefnyddio cydrannau UDRh yn debyg i'r gwerth disgwyliedig a roddir yn y daflen ddata y gwneuthurwr 14.At cerrynt mewnbwn uchel (ymwrthedd llwyth isel a foltedd mewnbwn isel), mae effeithlonrwydd inductors printiedig yn sylweddol is na bod anwythyddion UDRh oherwydd y gwrthiant cyfres uwch. Fodd bynnag, gyda foltedd mewnbwn uwch a cherrynt allbwn uwch, mae colled gwrthiant yn dod yn llai pwysig, ac mae perfformiad anwythyddion printiedig yn dechrau agosáu at berfformiad anwythyddion UDRh. Ar gyfer gwrthiant llwyth >500 Ω a Vin = 4.0 V neu >750 Ω a Vin = 3.5 V, mae effeithlonrwydd anwythyddion printiedig yn fwy na 85% o anwythyddion UDRh.
Mae cymharu'r tonffurf bresennol yn Ffigur 6d â'r golled pŵer mesuredig yn dangos mai'r golled gwrthiant yn yr anwythydd yw prif achos y gwahaniaeth mewn effeithlonrwydd rhwng y gylched brintiedig a'r gylched UDRh, fel y disgwylir. Mesurir y pŵer mewnbwn ac allbwn ar 4.0 V foltedd mewnbwn a gwrthiant llwyth 1000 Ω yw 30.4 mW a 25.8 mW ar gyfer cylchedau gyda chydrannau UDRh, a 33.1 mW a 25.2 mW ar gyfer cylchedau gyda chydrannau printiedig.Therefore, mae colled y cylched printiedig yn 7.9 mW, sef 3.4 mW yn uwch na'r cylched gyda chydrannau UDRh. Y cerrynt anwythydd RMS a gyfrifir o'r donffurf yn Ffigur 6d yw 25.6 mA. Gan mai ei wrthwynebiad cyfres yw 4.9 Ω, y golled pŵer disgwyliedig yw 3.2 mW. Mae hyn yn 96% o'r gwahaniaeth pŵer DC 3.4 mW mesuredig. ni welir unrhyw wahaniaeth effeithlonrwydd sylweddol rhyngddynt.
Yna mae'r rheolydd foltedd wedi'i ffugio ar y PCB hyblyg (dangosir perfformiad cydran argraffu a UDRh y gylched yn Ffigur Atodol S1) a'i gysylltu rhwng y batri lithiwm-ion hyblyg fel y ffynhonnell pŵer a'r arae OLED fel y llwyth. Yn ôl Lochner et al. 9 I weithgynhyrchu OLEDs, mae pob picsel OLED yn defnyddio 0.6 mA ar 5 V.Mae'r batri yn defnyddio ocsid cobalt lithiwm a graffit fel y catod a'r anod, yn y drefn honno, ac fe'i gweithgynhyrchir gan cotio llafn meddyg, sef y dull argraffu batri mwyaf cyffredin.7 Y capasiti batri yn 16mAh, ac mae'r foltedd yn ystod y prawf yn 4.0V.Ffigur 7 yn dangos llun o'r gylched ar y PCB hyblyg, pweru tri picsel OLED cysylltu yn parallel.The arddangosiad yn dangos y potensial o gydrannau pŵer printiedig i gael eu hintegreiddio ag eraill dyfeisiau hyblyg ac organig i ffurfio systemau electronig mwy cymhleth.
Llun o'r gylched rheolydd foltedd ar PCB hyblyg gan ddefnyddio anwythyddion a gwrthyddion printiedig, gan ddefnyddio batris lithiwm-ion hyblyg i bweru tri LED organig.
Rydym wedi dangos sgrin printiedig anwythyddion, cynwysorau a gwrthyddion gydag ystod o werthoedd ar swbstradau PET hyblyg, gyda'r nod o ddisodli cydrannau mowntio wyneb mewn pŵer electronig equipment.We wedi dangos bod drwy ddylunio troellog gyda diamedr mawr, cyfradd llenwi , a chymhareb lled-gofod llinell, a thrwy ddefnyddio haen drwchus o ink gwrthiant isel. Mae'r cydrannau hyn yn cael eu hintegreiddio i gylched RLC hyblyg wedi'i argraffu'n llawn ac yn arddangos ymddygiad trydanol rhagweladwy yn yr ystod amledd kHz-MHz, sydd o'r mwyaf diddordeb i bweru electroneg.
Mae achosion defnydd nodweddiadol ar gyfer dyfeisiau electronig pŵer printiedig yn systemau electronig hyblyg gwisgadwy neu gynnyrch-integredig, wedi'u pweru gan fatris ailwefradwy hyblyg (fel lithiwm-ion), a all gynhyrchu folteddau amrywiol yn ôl cyflwr charge.If y llwyth (gan gynnwys argraffu a offer electronig organig) yn gofyn am foltedd cyson neu uwch na'r allbwn foltedd gan y batri, mae rheoleiddiwr foltedd yn required.For y rheswm hwn, inductors printiedig a gwrthyddion yn cael eu hintegreiddio gyda ICs silicon traddodiadol i mewn i rheolydd hwb i bweru'r OLED gyda foltedd cyson o 5 V o gyflenwad pŵer batri foltedd amrywiol.Within ystod benodol o gyfredol llwyth a foltedd mewnbwn, mae effeithlonrwydd y gylched hon yn fwy na 85% o effeithlonrwydd cylched rheoli gan ddefnyddio anwythyddion mowntio wyneb a gwrthyddion.Despite deunydd a optimizations geometrig, colledion gwrthiannol yn yr anwythydd yw'r ffactor cyfyngu o hyd ar gyfer perfformiad cylched ar lefelau cerrynt uchel (cerrynt mewnbwn sy'n fwy na thua 10 mA). Fodd bynnag, ar gerrynt is, mae'r colledion yn yr anwythydd yn cael eu lleihau, ac mae'r perfformiad cyffredinol wedi'i gyfyngu gan yr effeithlonrwydd o'r IC.Since mae llawer o ddyfeisiau printiedig ac organig angen cerrynt cymharol isel, megis yr OLEDs bach a ddefnyddir yn ein harddangosiad, gellir ystyried anwythyddion pŵer printiedig yn addas ar gyfer ceisiadau o'r fath. Trwy ddefnyddio ICs a gynlluniwyd i gael yr effeithlonrwydd uchaf ar lefelau cyfredol is, gellir cyflawni effeithlonrwydd trawsnewidydd cyffredinol uwch.
Yn y gwaith hwn, mae'r rheolydd foltedd wedi'i adeiladu ar y PCB traddodiadol, PCB hyblyg a thechnoleg sodro cydran mount wyneb, tra bod y gydran printiedig yn cael ei weithgynhyrchu ar substrate.However ar wahân, mae'r inciau tymheredd isel ac uchel-gludedd a ddefnyddir i gynhyrchu sgrin- dylai ffilmiau printiedig ganiatáu i gydrannau goddefol, yn ogystal â'r rhyng-gysylltiad rhwng y ddyfais a'r padiau cyswllt cydran mount wyneb, gael eu hargraffu ar unrhyw substrate.This, ynghyd â defnyddio gludyddion dargludol tymheredd isel presennol ar gyfer cydrannau mowntio wyneb, yn caniatáu y gylched gyfan i'w hadeiladu ar swbstradau rhad (fel PET) heb fod angen prosesau tynnu fel PCB ysgythru. gydag electroneg pŵer perfformiad uchel, gan ddefnyddio swbstradau rhad, prosesau ychwanegyn yn bennaf a lleiafswm Nifer y cydrannau mowntio wyneb.
Gan ddefnyddio argraffydd sgrin Asys ASP01M a sgrin dur di-staen a ddarperir gan Dynamesh Inc., cafodd pob haen o gydrannau goddefol eu hargraffu ar swbstrad PET hyblyg gyda thrwch o 76 μm.Maint rhwyll yr haen fetel yw 400 llinell fesul modfedd a 250 llinellau y fodfedd ar gyfer yr haen deuelectrig a'r haen gwrthiant.Defnyddiwch rym squeegee o 55 N, cyflymder argraffu o 60 mm/s, pellter torri o 1.5 mm, a gwasgydd Serilor gyda chaledwch o 65 (ar gyfer metel a gwrthiannol haenau) neu 75 (ar gyfer haenau deuelectrig) ar gyfer argraffu sgrin.
Mae'r haenau dargludol - yr anwythyddion a chysylltiadau cynwysorau a gwrthyddion - wedi'u hargraffu gydag inc microfflach arian DuPont 5082 neu DuPont 5064H. Mae'r gwrthydd wedi'i argraffu gyda dargludydd carbon DuPont 7082. Ar gyfer y cynhwysydd deuelectrig, mae'r cyfansoddyn dargludol BT-101 bariwm titanate dielectric yn cael ei ddefnyddio.Mae pob haen o deuelectrig yn cael ei gynhyrchu gan ddefnyddio cylch argraffu dwy-pas (gwlyb-gwlyb) i wella unffurfiaeth y film.For pob cydran, mae effaith cylchoedd argraffu lluosog ar berfformiad cydrannau ac amrywioldeb ei archwilio.Samples gwneud gyda cafodd haenau lluosog o'r un deunydd eu sychu ar 70 ° C am 2 funud rhwng haenau.Ar ôl gosod cot olaf pob defnydd, pobwyd y samplau ar 140 ° C am 10 munud i sicrhau sychu cyflawn. Swyddogaeth aliniad awtomatig y sgrin argraffydd yn cael ei ddefnyddio i alinio haenau dilynol. Cyflawnir y cysylltiad â chanol yr anwythydd trwy dorri twll trwodd ar y pad canol ac olion argraffu stensil ar gefn y swbstrad gydag inc DuPont 5064H. Mae'r rhyng-gysylltiad rhwng offer argraffu hefyd yn defnyddio Dupont Printio stensil 5064H. Er mwyn arddangos y cydrannau printiedig a'r cydrannau UDRh ar y PCB hyblyg a ddangosir yn Ffigur 7, mae'r cydrannau printiedig wedi'u cysylltu gan ddefnyddio Circuit Works CW2400 epocsi dargludol, ac mae'r cydrannau UDRh wedi'u cysylltu trwy sodro traddodiadol.
Lithiwm cobalt ocsid (LCO) ac electrodau seiliedig ar graffit yn cael eu defnyddio fel y catod ac anod y batri, yn ôl eu trefn. Mae'r slyri catod yn gymysgedd o 80% LCO (MTI Corp.), 7.5% graffit (CA6, Timcal), 2.5 % carbon du (Super P, Timcal) a 10% fflworid polyvinylidene (PVDF, Kureha Corp.). ) Mae'r anod yn gymysgedd o graffit 84wt%, 4wt% carbon du a 13wt% PVDF.N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP, Sigma Aldrich) yn cael ei ddefnyddio i ddiddymu'r rhwymwr PVDF a gwasgaru'r slyri.Cafodd y slyri ei homogeneiddio gan gan droi gyda chymysgydd fortecs dros nos.Defnyddir ffoil dur di-staen 0.0005 modfedd o drwch a ffoil nicel 10 μm fel casglwyr cyfredol ar gyfer y catod a'r anod, yn ôl eu trefn. Mae'r inc wedi'i argraffu ar y casglwr presennol gyda squeegee ar gyflymder argraffu o 20 mm/s.Cynheswch yr electrod mewn popty ar 80 ° C am 2 awr i gael gwared ar y toddydd. Mae uchder yr electrod ar ôl ei sychu tua 60 μm, ac yn seiliedig ar bwysau'r deunydd gweithredol, y gallu damcaniaethol yw 1.65 mAh /cm2.Cafodd yr electrodau eu torri i ddimensiynau o 1.3 × 1.3 cm2 a'u cynhesu mewn popty gwactod ar 140 ° C dros nos, ac yna cawsant eu selio â bagiau lamineiddio alwminiwm mewn blwch maneg llawn nitrogen. Ateb o ffilm sylfaen polypropylen gyda defnyddir anod a catod ac 1M LiPF6 yn EC/DEC (1:1) fel yr electrolyt batri.
Mae Green OLED yn cynnwys poly(9,9-dioctylfluorene-co-n-(4-butylphenyl)-diphenylamine) (TFB) a poly((9,9-dioctylfluorene-2,7- (2,1,3-benzothiadiazole-) 4, 8-diyl)) (F8BT) yn ôl y weithdrefn a amlinellir yn Lochner et al 9.
Defnyddio proffiliwr stylus Dektak i fesur trwch ffilm. Torrwyd y ffilm i baratoi sampl trawstoriadol i'w archwilio trwy sganio microsgopeg electron (SEM). Defnyddir gwn allyrru maes 3D FEI Quanta (FEG) SEM i nodweddu strwythur y printiedig. Ffilm a chadarnhau'r mesuriad trwch. Cynhaliwyd astudiaeth SEM ar foltedd cyflymu o 20 keV a phellter gweithio nodweddiadol o 10 mm.
Defnyddio multimeter digidol i fesur ymwrthedd DC, foltedd a current.The rhwystriant AC o anwythyddion, cynwysorau a chylchedau yn cael eu mesur gan ddefnyddio mesurydd Agilent E4980 LCR ar gyfer amleddau o dan 1 MHz a rhwydwaith Agilent E5061A analyzer yn cael ei ddefnyddio ar gyfer mesur amleddau uwch na 500 kHz.Defnyddiwch y Osgilosgop Tektronix TDS 5034 i fesur tonffurf y rheolydd foltedd.
Sut i ddyfynnu'r erthygl hon: Ostfeld, AE, etc.Screen argraffu cydrannau goddefol ar gyfer pŵer hyblyg equipment.science.Rep electronig. 5, 15959; doi: 10.1038/srep15959 (2015).
Nathan, A. et al.Electroneg hyblyg: y platfform hollbresennol nesaf.Process IEEE 100, 1486-1517 (2012).
Rabaey, JM Mewnrwyd Dynol: Man lle mae grwpiau'n cwrdd â phobl.Paper a gyhoeddwyd yng Nghynhadledd ac Arddangosfa Ewropeaidd 2015 ar Ddylunio, Awtomatiaeth a Phrofi, Grenoble, France.San Jose, California: EDA Alliance.637-640 (2015, Mawrth 9- 13).
Krebs, FC etc.OE-A OPV arddangoswr anno domini 2011.Energy environment.science.4, 4116–4123 (2011).
Argraffwyd Ali, M., Prakash, D., Zillger, T., Singh, PK & Hübler, AC ynni piezoelectrig cynaeafu dyfeisiau.Advanced ynni materials.4. 1300427 (2014).
Chen, A., Madan, D., Wright, PK & Evans, JW Dispenser-argraffwyd fflat ffilm trwchus thermoelectric ynni generator.J. Microfecaneg Microbeirianneg 21, 104006 (2011).
Gaikwad, AC, Steingart, DA, Ng, TN, Schwartz, DE & Whiting, GL Batri hyblyg uchel-botensial wedi'i argraffu a ddefnyddir i bweru dyfeisiau electronig printiedig.App Physics Wright.102, 233302 (2013).
Gaikwad, AC, Arias, AC & Steingart, DA Y datblygiadau diweddaraf mewn batris hyblyg printiedig: heriau mecanyddol, technoleg argraffu a rhagolygon y dyfodol.Technoleg ynni.3, 305–328 (2015).
Hu, Y. etc.System synhwyro ar raddfa fawr sy'n cyfuno dyfeisiau electronig ardal fawr a CMOS ICs ar gyfer monitro iechyd strwythurol.IEEE J. Solid State Circuit 49, 513–523 (2014).