बातम्या

नेचरला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझर आवृत्तीमध्ये CSS साठी मर्यादित समर्थन आहे. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही ब्राउझरची नवीन आवृत्ती वापरा (किंवा Internet Explorer मधील सुसंगतता मोड बंद करा). त्याच वेळी , सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही शैली आणि JavaScript शिवाय साइट प्रदर्शित करू.
ॲडिटीव्ह आणि कमी-तापमान प्रिंटिंग प्रक्रिया कमी किमतीत लवचिक सब्सट्रेट्सवर विविध ऊर्जा वापरणारी आणि वीज वापरणारी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे एकत्रित करू शकतात. तथापि, या उपकरणांमधून संपूर्ण इलेक्ट्रॉनिक प्रणालीच्या उत्पादनासाठी सामान्यतः विद्युत इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांची विविध ऑपरेटिंग व्होल्टेजमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी आवश्यक असते. उपकरणे. निष्क्रिय घटक—इंडक्टर, कॅपेसिटर आणि रेझिस्टर—फिल्टरिंग, अल्पकालीन ऊर्जा साठवण आणि व्होल्टेज मापन यासारखी कार्ये करतात, जे पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स आणि इतर अनेक अनुप्रयोगांमध्ये आवश्यक आहेत. या लेखात, आम्ही इंडक्टर, कॅपेसिटर, रेझिस्टर आणि RLC सर्किट्स लवचिक प्लास्टिक सब्सट्रेट्सवर स्क्रीन-प्रिंट केलेले, आणि इंडक्टर्सचा सीरिज रेझिस्टन्स कमी करण्यासाठी डिझाइन प्रक्रियेचा अहवाल देतात जेणेकरून ते पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये वापरले जाऊ शकतात .मुद्रित इंडक्टर आणि रेझिस्टर नंतर बूस्ट रेग्युलेटर सर्किटमध्ये समाविष्ट केले जातात. उत्पादन सेंद्रिय प्रकाश-उत्सर्जक डायोड आणि लवचिक लिथियम-आयन बॅटरीज. व्होल्टेज रेग्युलेटरचा वापर बॅटरीमधून डायोड्सला उर्जा देण्यासाठी केला जातो, जे DC-DC कनवर्टर ॲप्लिकेशन्समध्ये पारंपारिक पृष्ठभाग माउंट घटक बदलण्यासाठी मुद्रित निष्क्रिय घटकांची क्षमता दर्शवतात.
अलिकडच्या वर्षांत, परिधान करण्यायोग्य आणि मोठ्या क्षेत्राच्या इलेक्ट्रॉनिक उत्पादनांमध्ये विविध लवचिक उपकरणांचा वापर आणि इंटरनेट ऑफ थिंग्ज 1,2 विकसित केले गेले आहेत. यामध्ये फोटोव्होल्टेइक 3, पीझोइलेक्ट्रिक 4 आणि थर्मोइलेक्ट्रिक 5 सारख्या ऊर्जा साठवण उपकरणांचा समावेश आहे; ऊर्जा साठवण उपकरणे, जसे की बॅटरी 6, 7; आणि वीज वापरणारी उपकरणे, जसे की सेन्सर 8, 9, 10, 11, 12, आणि प्रकाश स्रोत 13. वैयक्तिक ऊर्जा स्त्रोत आणि भारांमध्ये मोठी प्रगती झाली असली तरी, या घटकांना संपूर्ण इलेक्ट्रॉनिक प्रणालीमध्ये एकत्रित करण्यासाठी सामान्यतः पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्सची आवश्यकता असते वीज पुरवठा वर्तन आणि लोड आवश्यकता यांच्यातील कोणत्याही विसंगतीवर मात करा. उदाहरणार्थ, बॅटरी तिच्या चार्ज स्थितीनुसार व्हेरिएबल व्होल्टेज तयार करते. लोडला स्थिर व्होल्टेजची आवश्यकता असल्यास किंवा बॅटरी जे व्होल्टेज निर्माण करू शकते त्यापेक्षा जास्त असल्यास, पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्सची आवश्यकता असते. .पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स स्विचिंग आणि कंट्रोल फंक्शन्स करण्यासाठी सक्रिय घटक (ट्रान्झिस्टर) वापरतात, तसेच निष्क्रिय घटक (इंडक्टर, कॅपेसिटर आणि प्रतिरोधक) वापरतात. उदाहरणार्थ, स्विचिंग रेग्युलेटर सर्किटमध्ये, प्रत्येक स्विचिंग सायकल दरम्यान ऊर्जा साठवण्यासाठी इंडक्टरचा वापर केला जातो. , व्होल्टेज रिपल कमी करण्यासाठी कॅपेसिटरचा वापर केला जातो आणि फीडबॅक कंट्रोलसाठी आवश्यक असलेले व्होल्टेज मापन रेझिस्टर डिव्हायडर वापरून केले जाते.
पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण जे घालण्यायोग्य उपकरणांसाठी योग्य आहेत (जसे की पल्स ऑक्सिमीटर 9) त्यांना अनेक व्होल्ट आणि अनेक मिलीअँप आवश्यक असतात, सामान्यत: शेकडो kHz ते अनेक MHz च्या वारंवारता श्रेणीमध्ये कार्य करतात आणि अनेक μH आणि अनेक μH इंडक्टन्स आणि कॅपेसिटन्स μF आवश्यक असते. अनुक्रमे 14. या सर्किट्सच्या निर्मितीची पारंपारिक पद्धत म्हणजे वेगळ्या घटकांना कठोर मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) मध्ये सोल्डर करणे. जरी पॉवर इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्सचे सक्रिय घटक सहसा सिंगल सिलिकॉन इंटिग्रेटेड सर्किट (IC) मध्ये एकत्र केले जातात, तरीही निष्क्रिय घटक सामान्यतः बाह्य, एकतर सानुकूल सर्किट्सला अनुमती देत ​​आहे किंवा सिलिकॉनमध्ये अंमलात आणण्यासाठी आवश्यक इंडक्टन्स आणि कॅपेसिटन्स खूप मोठे आहेत.
पारंपारिक पीसीबी-आधारित उत्पादन तंत्रज्ञानाच्या तुलनेत, ॲडिटीव्ह प्रिंटिंग प्रक्रियेद्वारे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे आणि सर्किट्सच्या निर्मितीमध्ये साधेपणा आणि खर्चाच्या दृष्टीने बरेच फायदे आहेत. प्रथम, सर्किटच्या अनेक घटकांना समान सामग्रीची आवश्यकता असते, जसे की संपर्कांसाठी धातू. आणि आंतर-कनेक्शन, छपाई तुलनेने कमी प्रक्रियेच्या चरणांसह आणि सामग्रीच्या कमी स्त्रोतांसह एकाच वेळी अनेक घटक तयार करण्यास अनुमती देते15. फोटोलिथोग्राफी आणि एचिंग सारख्या वजाबाकी प्रक्रिया पुनर्स्थित करण्यासाठी ऍडिटीव्ह प्रक्रियेचा वापर प्रक्रियेची जटिलता आणि सामग्रीचा अपव्यय कमी करते16, 17, 18, आणि 19. शिवाय, छपाईमध्ये वापरलेले कमी तापमान लवचिक आणि स्वस्त प्लास्टिक सब्सट्रेट्सशी सुसंगत आहे, ज्यामुळे हाय-स्पीड रोल-टू-रोल मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रियेचा वापर मोठ्या क्षेत्रावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे 16, 20 कव्हर करण्यासाठी होतो. अनुप्रयोगांसाठी मुद्रित घटकांसह पूर्णपणे लक्षात येऊ शकत नाही, हायब्रिड पद्धती विकसित केल्या गेल्या आहेत ज्यामध्ये पृष्ठभाग माउंट तंत्रज्ञान (एसएमटी) घटक कमी तापमानात मुद्रित घटकांच्या पुढे लवचिक सब्सट्रेट्स 21, 22, 23 शी जोडलेले आहेत. या संकरीत पध्दतीमध्ये, ते अजूनही आहे. अतिरिक्त प्रक्रियांचे फायदे मिळविण्यासाठी आणि सर्किटची एकूण लवचिकता वाढवण्यासाठी मुद्रित भागांसह शक्य तितक्या जास्त एसएमटी घटक पुनर्स्थित करणे आवश्यक आहे. लवचिक पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्सची जाणीव करण्यासाठी, आम्ही एसएमटी सक्रिय घटक आणि स्क्रीन-प्रिंट केलेले पॅसिव्ह यांचे संयोजन प्रस्तावित केले आहे. कंपोनेंट्स, जड SMT इंडक्टर्सच्या जागी प्लॅनर स्पायरल इंडक्टर्सने बदलण्यावर विशेष भर दिला जातो. मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक्सच्या निर्मितीसाठी असलेल्या विविध तंत्रज्ञानांपैकी स्क्रीन प्रिंटिंग विशेषतः निष्क्रिय घटकांसाठी योग्य आहे कारण त्याच्या मोठ्या फिल्म जाडीमुळे (जे मेटल वैशिष्ट्यांचा मालिका प्रतिकार कमी करण्यासाठी आवश्यक आहे. ) आणि उच्च छपाई गती, जरी सेंटीमीटर-स्तरीय क्षेत्रे कव्हर करताना हेच काही वेळा खरे आहे. साहित्य 24.
पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या निष्क्रिय घटकांचे नुकसान कमी करणे आवश्यक आहे, कारण सर्किटच्या कार्यक्षमतेचा थेट परिणाम सिस्टीमला शक्ती देण्यासाठी आवश्यक असलेल्या ऊर्जेवर होतो. हे विशेषतः लांब कॉइलने बनलेल्या मुद्रित इंडक्टरसाठी आव्हानात्मक आहे, जे उच्च शृंखलांना संवेदनाक्षम आहेत. resistance.म्हणून, मुद्रित कॉइल्सचा प्रतिकार 25, 26, 27, 28 कमी करण्यासाठी काही प्रयत्न केले गेले असले तरी, पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी उच्च-कार्यक्षमतेच्या मुद्रित निष्क्रिय घटकांची अद्याप कमतरता आहे. आजपर्यंत, अनेकांनी मुद्रित निष्क्रिय घटकांची नोंद केली आहे. लवचिक सब्सट्रेट्सवरील घटक रेडिओ फ्रिक्वेन्सी आयडेंटिफिकेशन (RFID) किंवा ऊर्जा कापणीच्या उद्देशाने रेझोनंट सर्किटमध्ये ऑपरेट करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत 10, 12, 25, 27, 28, 29, 30, 31. इतर साहित्य किंवा उत्पादन प्रक्रियेच्या विकासावर लक्ष केंद्रित करतात आणि सामान्य घटक दर्शवतात 26, 32, 33, 34 जे विशिष्ट ऍप्लिकेशन्ससाठी ऑप्टिमाइझ केलेले नाहीत. याउलट, पॉवर इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्स जसे की व्होल्टेज रेग्युलेटर नेहमी ठराविक मुद्रित निष्क्रिय उपकरणांपेक्षा मोठे घटक वापरतात आणि त्यांना अनुनाद आवश्यक नसते, म्हणून भिन्न घटक डिझाइन आवश्यक असतात.
येथे, आम्ही पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्सशी संबंधित फ्रिक्वेन्सीवर सर्वात लहान मालिका प्रतिरोध आणि उच्च कार्यक्षमता प्राप्त करण्यासाठी μH श्रेणीतील स्क्रीन-प्रिंटेड इंडक्टर्सचे डिझाइन आणि ऑप्टिमायझेशन सादर करतो. विविध घटक मूल्यांसह स्क्रीन-प्रिंटेड इंडक्टर्स, कॅपेसिटर आणि प्रतिरोधक तयार केले जातात. लवचिक प्लास्टिकच्या सब्सट्रेट्सवर. लवचिक इलेक्ट्रॉनिक उत्पादनांसाठी या घटकांची उपयुक्तता प्रथम एका साध्या RLC सर्किटमध्ये दर्शविली गेली. मुद्रित इंडक्टर आणि रेझिस्टर नंतर बूस्ट रेग्युलेटर तयार करण्यासाठी IC सह एकत्रित केले जातात. शेवटी, एक सेंद्रिय प्रकाश-उत्सर्जक डायोड (OLED) ) आणि एक लवचिक लिथियम-आयन बॅटरी तयार केली जाते आणि बॅटरीमधून OLED उर्जा देण्यासाठी व्होल्टेज रेग्युलेटर वापरला जातो.
पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्ससाठी मुद्रित इंडक्टर डिझाईन करण्यासाठी, मोहन एट अल म्हणून प्रस्तावित वर्तमान शीट मॉडेलवर आधारित इंडक्टर भूमितीच्या मालिकेच्या इंडक्टन्स आणि डीसी रेझिस्टन्सचा आम्ही आधी अंदाज लावला. 35, आणि मॉडेलच्या अचूकतेची पुष्टी करण्यासाठी भिन्न भूमितींचे फॅब्रिकेटेड इंडक्टर. या कामात, इंडक्टरसाठी एक गोलाकार आकार निवडला गेला कारण बहुभुज भूमितीच्या तुलनेत कमी प्रतिकाराने उच्च इंडक्टन्स 36 मिळवता येतो. शाईचा प्रभाव रेझिस्टन्सवर प्रिंटिंग सायकल्सचा प्रकार आणि संख्या निर्धारित केली जाते. हे परिणाम नंतर 4.7 μH आणि 7.8 μH इंडक्टर्सना किमान DC रेझिस्टन्ससाठी ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी ॲमीटर मॉडेलसह वापरले गेले.
सर्पिल इंडक्टर्सच्या इंडक्टन्स आणि डीसी रेझिस्टन्सचे वर्णन अनेक पॅरामीटर्सद्वारे केले जाऊ शकते: बाह्य व्यास do, वळण रुंदी w आणि अंतर s, वळणांची संख्या n आणि कंडक्टर शीट रेझिस्टन्स Rsheet. आकृती 1a सिल्क-स्क्रीन मुद्रित वर्तुळाकार इंडक्टरचा फोटो दर्शवितो. n = 12 सह, भौमितिक मापदंड दर्शविते जे त्याचे इंडक्टन्स निर्धारित करतात. मोहन एट अल च्या ammeter मॉडेल नुसार. 35, इंडक्टन्सची गणना इंडक्टर भूमितींच्या मालिकेसाठी केली जाते, जेथे
(a) भौमितिक मापदंड दर्शविणारा स्क्रीन-प्रिंट केलेल्या इंडक्टरचा फोटो. व्यास 3 सेमी आहे. विविध इंडक्टर भूमितींचे इंडक्टन्स (b) आणि DC प्रतिरोध (c) आहे. रेषा आणि चिन्हे अनुक्रमे गणना केलेल्या आणि मोजलेल्या मूल्यांशी संबंधित आहेत. (d,e) Inductors L1 आणि L2 चे DC रेझिस्टन्स अनुक्रमे ड्युपॉन्ट 5028 आणि 5064H सिल्व्हर इंकसह स्क्रीन प्रिंट केलेले आहेत. (f,g) ड्युपॉन्ट 5028 आणि 5064H द्वारे मुद्रित केलेल्या फिल्म स्क्रीनचे SEM मायक्रोग्राफ.
उच्च फ्रिक्वेन्सीजवर, त्वचेचा प्रभाव आणि परजीवी कॅपेसिटन्स इंडक्टरचा प्रतिकार आणि इंडक्टन्स त्याच्या DC मूल्यानुसार बदलेल. इंडक्टरने पुरेसे कमी वारंवारतेवर कार्य करणे अपेक्षित आहे की हे प्रभाव नगण्य आहेत आणि डिव्हाइस स्थिर इंडक्टन्स म्हणून वागते. मालिकेतील स्थिर प्रतिकारासह. त्यामुळे, या कार्यामध्ये, आम्ही भौमितिक मापदंड, इंडक्टन्स आणि डीसी रेझिस्टन्स यांच्यातील संबंधांचे विश्लेषण केले आणि सर्वात लहान डीसी रेझिस्टन्ससह दिलेला इंडक्टन्स मिळविण्यासाठी परिणामांचा वापर केला.
इंडक्टन्स आणि रेझिस्टन्सची गणना भौमितीय पॅरामीटर्सच्या मालिकेसाठी केली जाते जी स्क्रीन प्रिंटिंगद्वारे साकारली जाऊ शकते आणि μH श्रेणीमध्ये इंडक्टन्स निर्माण होईल अशी अपेक्षा आहे. 3 आणि 5 सेमीचा बाह्य व्यास, 500 आणि 1000 मायक्रॉनच्या रेषेची रुंदी , आणि विविध वळणांची तुलना केली जाते. गणनामध्ये, असे गृहित धरले जाते की शीटचा प्रतिकार 47 mΩ/□ आहे, जो 400 मेश स्क्रीनसह मुद्रित केलेल्या 7 μm जाडीच्या ड्युपॉन्ट 5028 सिल्व्हर मायक्रोफ्लेक कंडक्टर लेयरशी संबंधित आहे आणि w = s. गणना केलेली इंडक्टन्स आणि रेझिस्टन्स व्हॅल्यू अनुक्रमे आकृती 1b आणि c मध्ये दर्शविले आहेत. मॉडेलचा अंदाज आहे की बाह्य व्यास आणि वळणांची संख्या वाढल्यामुळे किंवा रेषेची रुंदी कमी झाल्यावर इंडक्टन्स आणि रेझिस्टन्स दोन्ही वाढतात.
मॉडेल अंदाजांच्या अचूकतेचे मूल्यमापन करण्यासाठी, पॉलिथिलीन टेरेफ्थालेट (PET) सब्सट्रेटवर विविध भूमिती आणि इंडक्टन्सचे इंडक्टर्स तयार केले गेले. मोजलेले इंडक्टन्स आणि रेझिस्टन्स व्हॅल्यू आकृती 1b आणि c मध्ये दर्शविले आहेत. जरी काही devivi पासून प्रतिकार दर्शविला गेला. अपेक्षित मूल्य, मुख्यतः जमा केलेल्या शाईची जाडी आणि एकसमानता बदलल्यामुळे, इंडक्टन्सने मॉडेलशी खूप चांगला करार दर्शविला.
हे परिणाम आवश्यक इंडक्टन्स आणि किमान डीसी रेझिस्टन्ससह इंडक्टर डिझाइन करण्यासाठी वापरले जाऊ शकतात. उदाहरणार्थ, समजा 2 μH चे इंडक्टन्स आवश्यक आहे. आकृती 1b दर्शविते की हे इंडक्टन्स 3 सेमीच्या बाह्य व्यासासह, एका रेषेच्या रुंदीसह साकार केले जाऊ शकते. 500 μm, आणि 10 वळणे. 5 सेमी बाह्य व्यास, 500 μm रेषेची रुंदी आणि 5 वळणे किंवा 1000 μm रेषेची रुंदी आणि 7 वळणे (आकृतीमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे) वापरून समान प्रेरकता देखील तयार केली जाऊ शकते. या तिघांच्या प्रतिकारांची तुलना करणे. आकृती 1c मधील संभाव्य भूमिती, हे आढळू शकते की 1000 μm रेषेच्या रुंदीसह 5 सेमी इंडक्टरचा सर्वात कमी प्रतिकार 34 Ω आहे, जो इतर दोनपेक्षा सुमारे 40% कमी आहे. दिलेली इंडक्टन्स प्राप्त करण्यासाठी सामान्य डिझाइन प्रक्रिया कमीत कमी प्रतिकारासह खालीलप्रमाणे सारांशित केले आहे: प्रथम, अनुप्रयोगाद्वारे लादलेल्या जागेच्या मर्यादांनुसार जास्तीत जास्त स्वीकार्य बाह्य व्यास निवडा. त्यानंतर, उच्च भरण दर प्राप्त करण्यासाठी आवश्यक इंडक्टन्स प्राप्त करताना, रेषेची रुंदी शक्य तितकी मोठी असावी. (समीकरण (3)).
जाडी वाढवून किंवा मेटल फिल्मचा शीट रेझिस्टन्स कमी करण्यासाठी उच्च चालकता असलेल्या सामग्रीचा वापर करून, इंडक्टन्सवर परिणाम न करता डीसी रेझिस्टन्स आणखी कमी केला जाऊ शकतो. दोन इंडक्टर्स, ज्यांचे भौमितिक पॅरामीटर्स टेबल 1 मध्ये दिले आहेत, ज्याला L1 आणि L2 म्हणतात, रेझिस्टन्समधील बदलाचे मूल्यमापन करण्यासाठी वेगवेगळ्या कोटिंग्जसह उत्पादित केले जातात. शाईच्या कोटिंग्जची संख्या जसजशी वाढते, तसतसे आकृती 1d आणि e मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, प्रतिरोधक प्रमाणात कमी होते, जे अनुक्रमे L1 आणि L2 इंडक्टर आहेत. आकृती 1d आणि e असे दर्शवा की कोटिंगचे 6 थर लावल्याने, प्रतिकार 6 पटींनी कमी केला जाऊ शकतो, आणि स्तर 1 आणि लेयर 2 दरम्यान प्रतिकारात कमाल (50-65%) घट होते. शाईचा प्रत्येक थर तुलनेने पातळ असल्याने, a तुलनेने लहान ग्रिड आकाराची स्क्रीन (प्रति इंच ४०० ओळी) या इंडक्टर्स मुद्रित करण्यासाठी वापरली जाते, ज्यामुळे आम्हाला प्रतिरोधकतेवर कंडक्टरच्या जाडीच्या प्रभावाचा अभ्यास करता येतो. जोपर्यंत पॅटर्न वैशिष्ट्ये ग्रिडच्या किमान रिझोल्यूशनपेक्षा मोठी राहतात, समान जाडी (आणि प्रतिकार) मोठ्या ग्रिड आकारासह लहान कोटिंग्जची छपाई करून जलद प्राप्त करता येते. या पद्धतीचा वापर येथे चर्चा केलेल्या 6-कोटेड इंडक्टर प्रमाणेच डीसी प्रतिरोध प्राप्त करण्यासाठी केला जाऊ शकतो, परंतु उच्च उत्पादन गतीसह.
आकृती 1d आणि e हे देखील दर्शविते की अधिक प्रवाहकीय सिल्व्हर फ्लेक शाई ड्यूपॉन्ट 5064H वापरून, प्रतिकार दोन घटकांनी कमी केला जातो. दोन शाईने (आकृती 1f, g) मुद्रित केलेल्या चित्रपटांच्या SEM मायक्रोग्राफवरून, हे होऊ शकते. 5028 शाईची कमी चालकता त्याच्या लहान कणांच्या आकारामुळे आणि मुद्रित फिल्ममधील कणांमधील अनेक व्हॉईड्सच्या उपस्थितीमुळे दिसून येते. दुसरीकडे, 5064H मध्ये मोठे, अधिक बारकाईने मांडलेले फ्लेक्स आहेत, ज्यामुळे ते मोठ्या प्रमाणात वर्तन करते. चांदी. जरी या शाईद्वारे निर्मित फिल्म 5028 शाईपेक्षा पातळ आहे, 4 μm चा एक थर आणि 22 μm च्या 6 थरांसह, एकूण प्रतिकार कमी करण्यासाठी चालकता वाढणे पुरेसे आहे.
शेवटी, जरी इंडक्टन्स (समीकरण (1)) वळणांच्या संख्येवर (w + s) अवलंबून असले तरी, प्रतिकार (समीकरण (5)) फक्त w रेषेच्या रुंदीवर अवलंबून असते. म्हणून, s च्या सापेक्ष w वाढवून, प्रतिकार आणखी कमी केले जाऊ शकते. दोन अतिरिक्त इंडक्टर्स L3 आणि L4 हे टेबल 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, w = 2s आणि मोठा बाह्य व्यास असलेल्या डिझाइन केलेले आहेत. हे इंडक्टर्स आधी दर्शविल्याप्रमाणे, DuPont 5064H कोटिंगच्या 6 स्तरांसह तयार केले जातात. सर्वोच्च कार्यप्रदर्शन. L3 चे प्रेरण 4.720 ± 0.002 μH आहे आणि प्रतिरोधकता 4.9 ± 0.1 Ω आहे, तर L4 ची इंडक्टन्स 7.839 ± 0.005 μH आणि 6.9 ± 0.1 Ω आहे, जी डीआय मॉडेलच्या पूर्वापार करारात आहेत. जाडी, चालकता आणि w/s मध्ये वाढ, याचा अर्थ L/R प्रमाण आकृती 1 मधील मूल्याच्या तुलनेत परिमाणाच्या ऑर्डरपेक्षा जास्त वाढले आहे.
जरी कमी डीसी प्रतिकार आशादायक असला तरी, kHz-MHz श्रेणीमध्ये कार्यरत पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी इंडक्टर्सच्या योग्यतेचे मूल्यमापन करण्यासाठी AC फ्रिक्वेन्सीवर वैशिष्ट्यीकरण आवश्यक आहे. आकृती 2a L3 आणि L4 च्या प्रतिकार आणि प्रतिक्रियांचे वारंवारता अवलंबित्व दर्शवते. 10 MHz पेक्षा कमी फ्रिक्वेन्सीसाठी , प्रतिकार त्याच्या DC मूल्यावर अंदाजे स्थिर राहतो, तर अभिक्रिया फ्रिक्वेन्सीसह रेषीयपणे वाढते, याचा अर्थ असा होतो की इंडक्टन्स अपेक्षेप्रमाणे स्थिर असतो. स्व-प्रतिध्वनी वारंवारता ही वारंवारता म्हणून परिभाषित केली जाते ज्यावर प्रतिबाधा प्रेरक ते कॅपेसिटिव्हमध्ये बदलते. L3 35.6 ± 0.3 MHz आणि L4 24.3 ± 0.6 MHz आहे. गुणवत्ता घटक Q (ωL/R च्या बरोबरीचे) वारंवारता अवलंबित्व आकृती 2b मध्ये दर्शविले आहे.L3 आणि L4 35 ± 1 आणि 33 ± 1 चे कमाल गुणवत्ता घटक प्राप्त करतात अनुक्रमे 11 आणि 16 MHz च्या फ्रिक्वेन्सीवर. काही μH चे इंडक्टन्स आणि MHz फ्रिक्वेन्सीवर तुलनेने उच्च Q हे इंडक्टर्स कमी-पॉवर DC-DC कन्व्हर्टर्समध्ये पारंपारिक पृष्ठभाग-माउंट इंडक्टर्स बदलण्यासाठी पुरेसे बनवतात.
इंडक्टर्स L3 आणि L4 चे मोजलेले प्रतिरोध R आणि प्रतिक्रिया X (a) आणि गुणवत्ता घटक Q (b) वारंवारताशी संबंधित आहेत.
दिलेल्या कॅपॅसिटन्ससाठी आवश्यक फूटप्रिंट कमी करण्यासाठी, मोठ्या विशिष्ट कॅपॅसिटन्ससह कॅपेसिटर तंत्रज्ञान वापरणे चांगले आहे, जे डायलेक्ट्रिकच्या जाडीने विभाजित केलेल्या डायलेक्ट्रिक स्थिरांक ε च्या बरोबरीचे आहे. या कामात, आम्ही बेरियम टायटॅनेट संमिश्र निवडले. डायलेक्ट्रिक म्हणून कारण त्यात इतर सोल्युशन-प्रक्रिया केलेल्या सेंद्रिय डायलेक्ट्रिक्सपेक्षा जास्त एप्सिलॉन आहे. डायलेक्ट्रिक लेयर दोन चांदीच्या कंडक्टरमध्ये मेटल-डायलेक्ट्रिक-मेटल स्ट्रक्चर तयार करण्यासाठी स्क्रीन मुद्रित आहे. आकृती 3a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे सेंटीमीटरमध्ये विविध आकारांसह कॅपेसिटर , चांगले उत्पन्न राखण्यासाठी डायलेक्ट्रिक शाईचे दोन किंवा तीन स्तर वापरून तयार केले जातात. आकृती 3b डायलेक्ट्रिकच्या दोन स्तरांसह बनवलेल्या प्रातिनिधिक कॅपेसिटरचा क्रॉस-सेक्शनल SEM मायक्रोग्राफ दर्शविते, ज्याची एकूण डायलेक्ट्रिक जाडी 21 μm आहे. वरच्या आणि खालच्या इलेक्ट्रोड अनुक्रमे एक-स्तर आणि सहा-स्तर 5064H आहेत. एसईएम प्रतिमेमध्ये मायक्रॉन-आकाराचे बेरियम टायटेनेट कण दृश्यमान आहेत कारण उजळ भाग गडद सेंद्रिय बाईंडरने वेढलेले आहेत. डायलेक्ट्रिक शाई तळाशी इलेक्ट्रोड चांगले ओले करते आणि एक स्पष्ट इंटरफेस तयार करते. मुद्रित मेटल फिल्म, उच्च मोठेपणासह चित्रात दर्शविल्याप्रमाणे.
(a) पाच वेगवेगळ्या क्षेत्रांसह कॅपेसिटरचा फोटो. (b) डायलेक्ट्रिकच्या दोन स्तरांसह कॅपेसिटरचा क्रॉस-सेक्शनल SEM मायक्रोग्राफ, बेरियम टायटेनेट डायलेक्ट्रिक आणि सिल्व्हर इलेक्ट्रोड दर्शवितो. (c) 2 आणि 3 बेरियम टायटेनेटसह कॅपेसिटरची क्षमता डायलेक्ट्रिक लेयर्स आणि भिन्न क्षेत्रे, 1 MHz वर मोजली जातात.
कॅपेसिटन्स अपेक्षित क्षेत्राच्या प्रमाणात आहे. आकृती 3c मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, द्वि-स्तर डायलेक्ट्रिकची विशिष्ट कॅपॅसिटन्स 0.53 nF/cm2 आहे, आणि तीन-स्तर डायलेक्ट्रिकची विशिष्ट कॅपॅसिटन्स 0.33 nF/cm2 आहे. ही मूल्ये 13 च्या डायलेक्ट्रिक स्थिरांकाशी संबंधित आहेत. कॅपेसिटन्स आणि डिसिपेशन फॅक्टर (DF) देखील वेगवेगळ्या फ्रिक्वेन्सीवर मोजले गेले, आकृती 3d मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, डायलेक्ट्रिकच्या दोन स्तरांसह 2.25 सेमी 2 कॅपेसिटरसाठी. आम्हाला आढळले की कॅपेसिटन्स स्वारस्याच्या वारंवारता श्रेणीमध्ये तुलनेने सपाट आहे, 20% ने वाढली आहे. 1 ते 10 मेगाहर्ट्झ पर्यंत, त्याच श्रेणीत असताना, डीएफ 0.013 वरून 0.023 पर्यंत वाढला आहे. प्रत्येक एसी सायकलमध्ये साठवलेल्या ऊर्जेचे अपव्यय घटक हे उर्जेच्या नुकसानाचे गुणोत्तर असल्याने, 0.02 चा डीएफ म्हणजे 2% शक्ती हाताळली जाते कॅपेसिटरद्वारे वापरला जातो. हे नुकसान सामान्यतः कॅपेसिटरसह मालिकेत जोडलेले वारंवारता-आश्रित समतुल्य मालिका प्रतिरोध (ESR) म्हणून व्यक्त केले जाते, जे DF/ωC च्या बरोबरीचे असते. आकृती 3d मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, 1 MHz पेक्षा जास्त फ्रिक्वेन्सीसाठी, ESR 1.5 Ω पेक्षा कमी आहे, आणि 4 MHz पेक्षा जास्त फ्रिक्वेन्सीसाठी, ESR 0.5 Ω पेक्षा कमी आहे. जरी या कॅपेसिटर तंत्रज्ञानाचा वापर करून, DC-DC कन्व्हर्टरसाठी आवश्यक असलेल्या μF-वर्ग कॅपेसिटरला खूप मोठे क्षेत्र आवश्यक आहे, परंतु 100 pF- nF कॅपॅसिटन्स श्रेणी आणि या कॅपॅसिटरचे कमी नुकसान त्यांना इतर अनुप्रयोगांसाठी योग्य बनवते, जसे की फिल्टर आणि रेझोनंट सर्किट .कॅपॅसिटन्स वाढवण्यासाठी विविध पद्धती वापरल्या जाऊ शकतात. उच्च डायलेक्ट्रिक स्थिरांक विशिष्ट कॅपॅसिटन्स 37 वाढवते; उदाहरणार्थ, शाईमधील बेरियम टायटेनेट कणांचे प्रमाण वाढवून हे साध्य केले जाऊ शकते. एक लहान डायलेक्ट्रिक जाडी वापरली जाऊ शकते, जरी यासाठी स्क्रीन-प्रिंट केलेल्या सिल्व्हर फ्लेकपेक्षा कमी खडबडीत असलेला तळाचा इलेक्ट्रोड आवश्यक आहे. पातळ, कमी खडबडीत कॅपेसिटर इंकजेट प्रिंटिंग 31 किंवा ग्रॅव्हर प्रिंटिंग 10 द्वारे स्तर जमा केले जाऊ शकतात, जे स्क्रीन प्रिंटिंग प्रक्रियेसह एकत्र केले जाऊ शकतात. शेवटी, धातू आणि डायलेक्ट्रिकचे अनेक पर्यायी स्तर स्टॅक केले जाऊ शकतात आणि मुद्रित केले जाऊ शकतात आणि समांतर जोडले जाऊ शकतात, ज्यामुळे प्रति युनिट क्षेत्रफळ 34 वाढते. .
रेझिस्टरच्या जोडीने बनलेला व्होल्टेज डिव्हायडर सामान्यत: व्होल्टेज रेग्युलेटरच्या फीडबॅक कंट्रोलसाठी आवश्यक व्होल्टेज मापन करण्यासाठी वापरला जातो. या प्रकारच्या ऍप्लिकेशनसाठी, मुद्रित रेझिस्टरचा प्रतिकार kΩ-MΩ श्रेणीमध्ये असावा आणि यामधील फरक उपकरणे लहान आहेत. येथे, असे आढळून आले की सिंगल-लेयर स्क्रीन-प्रिंट केलेल्या कार्बन शाईचा शीट प्रतिरोध 900 Ω/□ आहे. या माहितीचा वापर दोन रेखीय प्रतिरोधक (R1 आणि R2) आणि सर्पेन्टाइन रेझिस्टर (R3) डिझाइन करण्यासाठी केला जातो. ) 10 kΩ, 100 kΩ, आणि 1.5 MΩ च्या नाममात्र प्रतिकारांसह. नाममात्र मूल्यांमधील प्रतिकार आकृती 4 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे शाईचे दोन किंवा तीन स्तर मुद्रित करून आणि तीन प्रतिकारांचे फोटो छापून प्राप्त केले जाते. 8- बनवा प्रत्येक प्रकारचे 12 नमुने; सर्व प्रकरणांमध्ये, प्रतिकाराचे प्रमाणिक विचलन 10% किंवा त्याहून कमी असते. कोटिंगच्या दोन किंवा तीन थर असलेल्या नमुन्यांचा प्रतिकार बदल हा कोटिंगच्या एका थराच्या नमुन्यांपेक्षा थोडासा लहान असतो. मोजलेल्या प्रतिकारातील लहान बदल आणि नाममात्र मूल्यासह जवळचा करार सूचित करतो की या श्रेणीतील इतर प्रतिरोधक रेझिस्टर भूमितीमध्ये बदल करून थेट प्राप्त केले जाऊ शकतात.
कार्बन प्रतिरोधक शाईच्या कोटिंग्जच्या वेगवेगळ्या संख्येसह तीन भिन्न प्रतिरोधक भूमिती. तीन प्रतिरोधकांचा फोटो उजवीकडे दर्शविला आहे.
RLC सर्किट्स हे रेझिस्टर, इंडक्टर आणि कॅपेसिटर संयोजनांची क्लासिक पाठ्यपुस्तक उदाहरणे आहेत ज्याचा वापर वास्तविक मुद्रित सर्किटमध्ये एकत्रित केलेल्या निष्क्रिय घटकांच्या वर्तनाचे प्रदर्शन आणि पडताळणी करण्यासाठी केला जातो. या सर्किटमध्ये, 8 μH इंडक्टर आणि 0.8 nF कॅपेसिटर मालिकेत जोडलेले आहेत, आणि एक 25 kΩ रेझिस्टर त्यांच्याशी समांतर जोडलेले आहेत. लवचिक सर्किटचा फोटो आकृती 5a मध्ये दर्शविला आहे. हे विशेष मालिका-समांतर संयोजन निवडण्याचे कारण म्हणजे त्याचे वर्तन तीन भिन्न वारंवारता घटकांपैकी प्रत्येकाद्वारे निर्धारित केले जाते, जेणेकरून प्रत्येक घटकाचे कार्यप्रदर्शन हायलाइट केले जाऊ शकते आणि त्याचे मूल्यमापन केले जाऊ शकते. इंडक्टरचा 7 Ω मालिका प्रतिरोध आणि कॅपेसिटरचा 1.3 Ω ESR लक्षात घेऊन, सर्किटच्या अपेक्षित वारंवारता प्रतिसादाची गणना केली गेली. सर्किट आकृती आकृती 5b मध्ये दर्शविली आहे, आणि गणना केली आहे. प्रतिबाधा मोठेपणा आणि टप्पा आणि मोजलेली मूल्ये आकृती 5c आणि d मध्ये दर्शविली आहेत. कमी फ्रिक्वेन्सीवर, कॅपेसिटरचा उच्च प्रतिबाधा म्हणजे सर्किटचे वर्तन 25 kΩ रेझिस्टरद्वारे निर्धारित केले जाते. जसजशी वारंवारता वाढते, तसतसे प्रतिबाधा एलसी मार्ग कमी होतो; रेझोनंट फ्रिक्वेंसी 2.0 मेगाहर्ट्झ होईपर्यंत संपूर्ण सर्किट वर्तन कॅपेसिटिव्ह असते. रेझोनन्स फ्रिक्वेंसीच्या वर, प्रेरक प्रतिबाधा वर्चस्व गाजवते. आकृती 5 संपूर्ण वारंवारता श्रेणीमध्ये गणना केलेल्या आणि मोजलेल्या मूल्यांमधील उत्कृष्ट करार स्पष्टपणे दर्शवते. याचा अर्थ असा की मॉडेल वापरले येथे (जेथे इंडक्टर्स आणि कॅपेसिटर हे सिरीज रेझिस्टन्स असलेले आदर्श घटक आहेत) या फ्रिक्वेन्सीवर सर्किट वर्तनाचा अंदाज लावण्यासाठी अचूक आहे.
(a) स्क्रीन-प्रिंट केलेल्या RLC सर्किटचा फोटो जो 25 kΩ रेझिस्टरच्या समांतर 8 μH इंडक्टर आणि 0.8 nF कॅपेसिटरच्या शृंखला संयोजनाचा वापर करतो. (b) इंडक्टर आणि कॅपेसिटरच्या मालिका प्रतिरोधासह सर्किट मॉडेल.(c ,d) सर्किटचे प्रतिबाधा मोठेपणा (c) आणि फेज (d).
शेवटी, बूस्ट रेग्युलेटरमध्ये मुद्रित इंडक्टर्स आणि रेझिस्टर्स लागू केले जातात. या प्रात्यक्षिकात वापरलेला IC मायक्रोचिप MCP1640B14 आहे, जो 500 kHz च्या ऑपरेटिंग वारंवारतासह PWM-आधारित सिंक्रोनस बूस्ट रेग्युलेटर आहे. सर्किट आकृती आकृती 6a मध्ये दर्शविली आहे. 4.7 μH इंडक्टर आणि दोन कॅपेसिटर (4.7 μF आणि 10 μF) ऊर्जा साठवण घटक म्हणून वापरले जातात आणि अभिप्राय नियंत्रणाचे आउटपुट व्होल्टेज मोजण्यासाठी प्रतिरोधकांची जोडी वापरली जाते. आउटपुट व्होल्टेज 5 V वर समायोजित करण्यासाठी प्रतिरोध मूल्य निवडा. सर्किट पीसीबीवर तयार केले जाते आणि विविध चार्जिंग स्थितींमध्ये लिथियम-आयन बॅटरीचे अनुकरण करण्यासाठी लोड प्रतिरोध आणि इनपुट व्होल्टेज 3 ते 4 व्हीच्या इनपुट व्होल्टेजमध्ये त्याची कार्यक्षमता मोजली जाते. मुद्रित इंडक्टर आणि प्रतिरोधकांच्या कार्यक्षमतेची तुलना केली जाते. एसएमटी इंडक्टर्स आणि रेझिस्टर्सची कार्यक्षमता. एसएमटी कॅपेसिटर सर्व केसेसमध्ये वापरले जातात कारण या ऍप्लिकेशनसाठी आवश्यक असलेली कॅपेसिटन्स मुद्रित कॅपेसिटरसह पूर्ण करण्यासाठी खूप मोठी आहे.
(a) व्होल्टेज स्टॅबिलायझिंग सर्किटचे आकृती.(b–d) (b) Vout, (c) Vsw, आणि (d) इंडक्टरमध्ये वाहणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाचे वेव्हफॉर्म्स, इनपुट व्होल्टेज 4.0 V आहे, लोड प्रतिरोध 1 kΩ आहे, आणि मुद्रित इंडक्टरचा वापर मोजण्यासाठी केला जातो. या मोजमापासाठी पृष्ठभाग माउंट प्रतिरोधक आणि कॅपेसिटर वापरले जातात. (ई) विविध लोड रेझिस्टन्स आणि इनपुट व्होल्टेजसाठी, सर्व पृष्ठभाग माउंट घटक आणि मुद्रित इंडक्टर आणि प्रतिरोधक वापरून व्होल्टेज रेग्युलेटर सर्किट्सची कार्यक्षमता.(f ) पृष्ठभाग माउंट आणि मुद्रित सर्किटचे कार्यक्षमतेचे गुणोत्तर (e) मध्ये दर्शविले आहे.
4.0 V इनपुट व्होल्टेज आणि 1000 Ω लोड रेझिस्टन्ससाठी, मुद्रित इंडक्टर वापरून मोजले जाणारे वेव्हफॉर्म आकृती 6b-d मध्ये दर्शविले आहेत. आकृती 6c IC च्या Vsw टर्मिनलवर व्होल्टेज दाखवते; इंडक्टर व्होल्टेज Vin-Vsw आहे. आकृती 6d इंडक्टरमध्ये प्रवाहित होणारा विद्युत् प्रवाह दर्शवितो. SMT आणि मुद्रित घटकांसह सर्किटची कार्यक्षमता आकृती 6e मध्ये इनपुट व्होल्टेज आणि लोड रेझिस्टन्सचे कार्य म्हणून दर्शविली आहे आणि आकृती 6f कार्यक्षमता गुणोत्तर दर्शवते. मुद्रित घटक ते एसएमटी घटकांपर्यंत. एसएमटी घटक वापरून मोजली जाणारी कार्यक्षमता ही उत्पादकाच्या डेटा शीटमध्ये दिलेल्या अपेक्षित मूल्यासारखीच असते 14. उच्च इनपुट करंट (कमी लोड प्रतिरोध आणि कमी इनपुट व्होल्टेज) मध्ये, मुद्रित इंडक्टरची कार्यक्षमता लक्षणीयरीत्या कमी असते. उच्च शृंखला प्रतिरोधकतेमुळे एसएमटी इंडक्टर्सचा. तथापि, उच्च इनपुट व्होल्टेज आणि उच्च आउटपुट करंटसह, प्रतिरोधक नुकसान कमी महत्त्वाचे बनते, आणि मुद्रित इंडक्टर्सचे कार्यप्रदर्शन एसएमटी इंडक्टर्सच्या जवळ येऊ लागते. लोड प्रतिरोधकांसाठी >500 Ω आणि विन = 4.0 V किंवा >750 Ω आणि Vin = 3.5 V, मुद्रित इंडक्टर्सची कार्यक्षमता SMT इंडक्टरच्या 85% पेक्षा जास्त आहे.
आकृती 6d मधील वर्तमान वेव्हफॉर्मची मोजमाप केलेल्या पॉवर लॉसशी तुलना केल्यास असे दिसून येते की इंडक्टरमधील रेझिस्टन्स लॉस हे प्रिंटेड सर्किट आणि एसएमटी सर्किटमधील कार्यक्षमतेतील फरकाचे मुख्य कारण आहे, अपेक्षेप्रमाणे. इनपुट आणि आउटपुट पॉवर 4.0 V वर मोजली जाते इनपुट व्होल्टेज आणि 1000 Ω लोड रेझिस्टन्स एसएमटी घटकांसह सर्किटसाठी 30.4 mW आणि 25.8 mW आणि मुद्रित घटकांसह सर्किटसाठी 33.1 mW आणि 25.2 mW आहेत. त्यामुळे, मुद्रित सर्किटचे नुकसान 7.9 mW आहे, जे m4 पेक्षा जास्त आहे. सर्किट त्याची मालिका प्रतिरोधकता 4.9 Ω असल्याने, अपेक्षित उर्जा नुकसान 3.2 mW आहे. हे मोजलेल्या 3.4 mW DC पॉवर फरकाच्या 96% आहे. शिवाय, सर्किट मुद्रित इंडक्टर्स आणि मुद्रित प्रतिरोधक आणि मुद्रित इंडक्टर आणि एसएमटी प्रतिरोधकांसह तयार केले जाते, आणि त्यांच्यामध्ये कार्यक्षमतेत लक्षणीय फरक आढळत नाही.
मग व्होल्टेज रेग्युलेटर लवचिक PCB वर तयार केले जाते (सर्किटचे मुद्रण आणि SMT घटक कार्यप्रदर्शन पूरक आकृती S1 मध्ये दर्शविलेले आहे) आणि उर्जा स्त्रोत म्हणून लवचिक लिथियम-आयन बॅटरी आणि लोड म्हणून OLED ॲरे यांच्यामध्ये जोडलेले आहे. Lochner et al मते. 9 OLEDs तयार करण्यासाठी, प्रत्येक OLED पिक्सेल 5 V वर 0.6 mA वापरतो. बॅटरी लिथियम कोबाल्ट ऑक्साईड आणि ग्रेफाइट, कॅथोड आणि एनोड म्हणून अनुक्रमे वापरते आणि डॉक्टर ब्लेड कोटिंगद्वारे उत्पादित केली जाते, जी सर्वात सामान्य बॅटरी प्रिंटिंग पद्धत आहे.7 बॅटरीची क्षमता 16mAh आहे, आणि चाचणी दरम्यान व्होल्टेज 4.0V आहे. आकृती 7 लवचिक PCB वर सर्किटचा फोटो दर्शविते, समांतर जोडलेल्या तीन OLED पिक्सेलला पॉवर देते. प्रात्यक्षिकाने मुद्रित पॉवर घटकांची क्षमता इतरांसह एकत्रित करण्याची क्षमता दर्शविली. अधिक जटिल इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली तयार करण्यासाठी लवचिक आणि सेंद्रिय उपकरणे.
तीन सेंद्रिय LEDs ला उर्जा देण्यासाठी लवचिक लिथियम-आयन बॅटरी वापरून छापलेले इंडक्टर आणि प्रतिरोधक वापरून लवचिक पीसीबीवरील व्होल्टेज रेग्युलेटर सर्किटचा फोटो.
आम्ही पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये पृष्ठभाग माउंट घटक पुनर्स्थित करण्याच्या उद्दिष्टासह, लवचिक पीईटी सब्सट्रेट्सवरील मूल्यांच्या श्रेणीसह स्क्रीन प्रिंटेड इंडक्टर्स, कॅपेसिटर आणि प्रतिरोधक दाखवले आहेत. आम्ही दाखवले आहे की मोठ्या व्यासासह सर्पिल डिझाइन करून, भरण्याचे दर , आणि रेषेची रुंदी-स्पेस रुंदी गुणोत्तर, आणि कमी-प्रतिरोधक शाईचा जाड थर वापरून. हे घटक पूर्णपणे मुद्रित आणि लवचिक RLC सर्किटमध्ये एकत्रित केले जातात आणि kHz-MHz वारंवारता श्रेणीमध्ये अंदाजे विद्युत वर्तन प्रदर्शित करतात, जे सर्वात मोठे आहे. पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये स्वारस्य.
मुद्रित पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी सामान्य वापर प्रकरणे घालण्यायोग्य किंवा उत्पादन-एकात्मिक लवचिक इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली आहेत, लवचिक रिचार्ज करण्यायोग्य बॅटरी (जसे की लिथियम-आयन) द्वारे समर्थित आहेत, जे चार्ज स्थितीनुसार व्हेरिएबल व्होल्टेज निर्माण करू शकतात. जर लोड (मुद्रण आणि समावेशासह) ऑरगॅनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण) साठी स्थिर व्होल्टेज आवश्यक आहे किंवा बॅटरीद्वारे व्होल्टेज आउटपुटपेक्षा जास्त आहे, एक व्होल्टेज रेग्युलेटर आवश्यक आहे. या कारणास्तव, मुद्रित इंडक्टर्स आणि रेझिस्टर पारंपारिक सिलिकॉन ICs सह बूस्ट रेग्युलेटरमध्ये एकत्रित केले जातात ज्यामुळे स्थिर व्होल्टेजसह OLED ला उर्जा मिळते. व्हेरिएबल व्होल्टेज बॅटरी पॉवर सप्लायमधून 5 V. लोड करंट आणि इनपुट व्होल्टेजच्या विशिष्ट श्रेणीमध्ये, या सर्किटची कार्यक्षमता पृष्ठभाग माउंट इंडक्टर्स आणि रेझिस्टर वापरून कंट्रोल सर्किटच्या कार्यक्षमतेच्या 85% पेक्षा जास्त आहे. सामग्री आणि भौमितिक ऑप्टिमायझेशन असूनही, इंडक्टरमधील प्रतिरोधक तोटा हे अजूनही उच्च प्रवाह स्तरावरील सर्किट कार्यक्षमतेसाठी मर्यादित घटक आहेत (सुमारे 10 एमए पेक्षा जास्त इनपुट प्रवाह). तथापि, कमी प्रवाहांवर, इंडक्टरमधील नुकसान कमी होते आणि एकूण कार्यक्षमतेमुळे मर्यादित होते. IC चे. अनेक मुद्रित आणि सेंद्रिय उपकरणांना तुलनेने कमी प्रवाहांची आवश्यकता असल्याने, जसे की आमच्या प्रात्यक्षिकात वापरलेले छोटे OLEDs, अशा अनुप्रयोगांसाठी मुद्रित पॉवर इंडक्टर्स योग्य मानले जाऊ शकतात. कमी वर्तमान स्तरांवर उच्चतम कार्यक्षमता ठेवण्यासाठी डिझाइन केलेले ICs वापरून, उच्च एकूण कनवर्टर कार्यक्षमता प्राप्त केली जाऊ शकते.
या कामात, व्होल्टेज रेग्युलेटर पारंपारिक पीसीबी, लवचिक पीसीबी आणि पृष्ठभाग माउंट घटक सोल्डरिंग तंत्रज्ञानावर तयार केला जातो, तर मुद्रित घटक वेगळ्या सब्सट्रेटवर तयार केला जातो. तथापि, कमी-तापमान आणि उच्च-व्हिस्कोसिटी शाई स्क्रीन-उत्पादनासाठी वापरल्या जातात. मुद्रित चित्रपटांनी निष्क्रिय घटक, तसेच डिव्हाइस आणि पृष्ठभाग माउंट घटक संपर्क पॅड यांच्यातील परस्पर संबंध, कोणत्याही सब्सट्रेटवर मुद्रित केले जाण्याची परवानगी दिली पाहिजे. हे, पृष्ठभाग माउंट घटकांसाठी विद्यमान कमी-तापमान कंडक्टिव्ह ॲडसिव्हच्या वापरासह एकत्रितपणे अनुमती देईल. पीसीबी एचिंग सारख्या वजाबाकी प्रक्रियेची गरज न पडता स्वस्त सबस्ट्रेट्सवर (जसे की पीईटी) बांधले जाणारे संपूर्ण सर्किट. त्यामुळे, या कामात विकसित स्क्रीन-प्रिंट केलेले निष्क्रिय घटक ऊर्जा आणि भार एकत्रित करणाऱ्या लवचिक इलेक्ट्रॉनिक प्रणालींसाठी मार्ग मोकळा करण्यात मदत करतात. उच्च-कार्यक्षमता पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्ससह, स्वस्त सब्सट्रेट्स वापरून, मुख्यत्वे जोडणी प्रक्रिया आणि किमान पृष्ठभाग माउंट घटकांची संख्या.
Asys ASP01M स्क्रीन प्रिंटर आणि Dynamesh Inc. द्वारे प्रदान केलेली स्टेनलेस स्टील स्क्रीन वापरून, निष्क्रिय घटकांचे सर्व स्तर लवचिक PET सब्सट्रेटवर 76 μm जाडीसह स्क्रीन प्रिंट केले गेले. धातूच्या थराचा जाळीचा आकार 400 ओळी प्रति इंच आणि 250 आहे. डायलेक्ट्रिक लेयर आणि रेझिस्टन्स लेयरसाठी प्रति इंच रेषा. 55 N चा स्क्वीजी फोर्स, 60 mm/s चा प्रिंटिंग स्पीड, 1.5 mm चे ब्रेकिंग डिस्टन्स आणि 65 ची कडकपणा असलेली Serilor squeegee वापरा (धातू आणि प्रतिरोधकांसाठी स्तर) किंवा 75 (डायलेक्ट्रिक स्तरांसाठी) स्क्रीन प्रिंटिंगसाठी.
प्रवाहकीय स्तर—इंडक्टर्स आणि कॅपॅसिटर आणि रेझिस्टरचे संपर्क—DuPont 5082 किंवा DuPont 5064H सिल्व्हर मायक्रोफ्लेक इंकने मुद्रित केले जातात. रेझिस्टर ड्यूपॉन्ट 7082 कार्बन कंडक्टरसह मुद्रित केले जाते. कॅपेसिटर डायलेक्ट्रिकसाठी, प्रवाहकीय कंपाऊंड बीटी-1010 बार्टॅन डायलेक्ट्रिक वापरला जातो.चित्रपटाची एकसमानता सुधारण्यासाठी दोन-पास (ओले-ओले) मुद्रण चक्र वापरून डायलेक्ट्रिकचा प्रत्येक थर तयार केला जातो. प्रत्येक घटकासाठी, घटक कार्यप्रदर्शन आणि परिवर्तनशीलतेवर एकाधिक मुद्रण चक्रांचा प्रभाव तपासला गेला. यासह नमुने तयार केले गेले. एकाच मटेरियलचे अनेक लेप 70 डिग्री सेल्सिअस तापमानात 2 मिनिटांसाठी वाळवले गेले. प्रत्येक सामग्रीचा शेवटचा कोट लावल्यानंतर, पूर्ण कोरडे होण्याची खात्री करण्यासाठी नमुने 140 डिग्री सेल्सिअस तापमानात 10 मिनिटांसाठी बेक केले गेले. स्क्रीनचे स्वयंचलित संरेखन कार्य प्रिंटरचा वापर त्यानंतरच्या स्तरांना संरेखित करण्यासाठी केला जातो. इंडक्टरच्या मध्यभागी असलेला संपर्क मध्यभागी पॅडमधील छिद्र कापून आणि ड्यूपॉन्ट 5064H शाईने सब्सट्रेटच्या मागील बाजूस स्टॅन्सिल प्रिंटिंग ट्रेस कापून साध्य केला जातो. मुद्रण उपकरणांमधील परस्पर संबंध देखील ड्युपॉन्ट वापरतो. 5064H स्टॅन्सिल प्रिंटिंग. आकृती 7 मध्ये दर्शविलेल्या लवचिक PCB वर मुद्रित घटक आणि SMT घटक प्रदर्शित करण्यासाठी, मुद्रित घटक सर्किट वर्क्स CW2400 प्रवाहकीय इपॉक्सीद्वारे जोडलेले आहेत आणि SMT घटक पारंपारिक सोल्डरिंगद्वारे जोडलेले आहेत.
लिथियम कोबाल्ट ऑक्साईड (LCO) आणि ग्रेफाइट-आधारित इलेक्ट्रोड अनुक्रमे बॅटरीचे कॅथोड आणि एनोड म्हणून वापरले जातात. कॅथोड स्लरी 80% LCO (MTI Corp.), 7.5% ग्रेफाइट (KS6, टिमकल), 2.5 यांचे मिश्रण आहे. % कार्बन ब्लॅक (सुपर पी, टिमकल) आणि 10% पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड (पीव्हीडीएफ, कुरेहा कॉर्प.). ) एनोड हे 84wt% ग्रेफाइट, 4wt% कार्बन ब्लॅक आणि 13wt% PVDF.N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP, Sigma Aldrich) यांचे मिश्रण आहे PVDF बाईंडर विरघळण्यासाठी आणि स्लरी विखुरण्यासाठी वापरला जातो. स्लरी होमोजेनने तयार केली होती. व्होर्टेक्स मिक्सरने रात्रभर ढवळत राहा. कॅथोड आणि एनोडसाठी अनुक्रमे 0.0005 इंच जाडीचे स्टेनलेस स्टील फॉइल आणि 10 μm निकेल फॉइलचा वापर वर्तमान संग्राहक म्हणून केला जातो. वर्तमान संग्राहकावर 20 च्या छपाईच्या वेगाने शाई छापली जाते. mm/s. विद्राव्य काढून टाकण्यासाठी इलेक्ट्रोडला 80 °C तापमानावर 2 तास ओव्हनमध्ये गरम करा. कोरडे झाल्यानंतर इलेक्ट्रोडची उंची सुमारे 60 μm असते आणि सक्रिय सामग्रीच्या वजनावर आधारित, सैद्धांतिक क्षमता 1.65 mAh असते. /cm2. इलेक्ट्रोड 1.3 × 1.3 cm2 च्या परिमाणात कापले गेले आणि व्हॅक्यूम ओव्हनमध्ये रात्रभर 140 डिग्री सेल्सिअस तपमानावर गरम केले गेले आणि नंतर ते नायट्रोजनने भरलेल्या ग्लोव्ह बॉक्समध्ये ॲल्युमिनियम लॅमिनेट पिशव्याने बंद केले. पॉलीप्रॉपिलीन बेस फिल्मचे द्रावण EC/DEC (1:1) मध्ये एनोड आणि कॅथोड आणि 1M LiPF6 बॅटरी इलेक्ट्रोलाइट म्हणून वापरले जाते.
ग्रीन OLED मध्ये पॉली(9,9-डायोक्टाइलफ्लोरेन-को-एन-(4-ब्युटीलफेनिल)-डिफेनिलामाइन) (TFB) आणि पॉली((9,9-डायोक्टाइलफ्लोरेन-2,7- (2,1,3-बेंझोथियाडियाझोल-) असतात. 4, 8-diyl)) (F8BT) Lochner et al 9 मध्ये वर्णन केलेल्या प्रक्रियेनुसार.
फिल्मची जाडी मोजण्यासाठी डेक्टक स्टायलस प्रोफाइलर वापरा. ​​इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM) स्कॅन करून तपासणीसाठी क्रॉस-सेक्शनल नमुना तयार करण्यासाठी फिल्म कट करण्यात आली होती. FEI Quanta 3D फील्ड एमिशन गन (FEG) SEM मुद्रित केलेल्या संरचनेचे वैशिष्ट्य करण्यासाठी वापरली जाते. फिल्म करा आणि जाडीच्या मापनाची पुष्टी करा. SEM अभ्यास 20 keV च्या प्रवेगक व्होल्टेजवर आणि 10 मिमीच्या सामान्य कामकाजाच्या अंतरावर केला गेला.
डीसी रेझिस्टन्स, व्होल्टेज आणि करंट मोजण्यासाठी डिजिटल मल्टीमीटर वापरा. ​​इंडक्टर्स, कॅपेसिटर आणि सर्किट्सचा एसी प्रतिबाधा 1 मेगाहर्ट्झपेक्षा कमी फ्रिक्वेन्सीसाठी Agilent E4980 LCR मीटर वापरून मोजला जातो आणि 50000 पेक्षा जास्त वारंवारता मोजण्यासाठी Agilent E5061A नेटवर्क विश्लेषक वापरला जातो. व्होल्टेज रेग्युलेटर वेव्हफॉर्म मोजण्यासाठी Tektronix TDS 5034 ऑसिलोस्कोप.
हा लेख कसा उद्धृत करायचा: Ostfeld, AE, इ. लवचिक पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी स्क्रीन प्रिंटिंग निष्क्रिय घटक.science.Rep. 5, 15959; doi: 10.1038/srep15959 (2015).
नॅथन, ए. एट अल. लवचिक इलेक्ट्रॉनिक्स: पुढील सर्वव्यापी प्लॅटफॉर्म. प्रक्रिया IEEE 100, 1486-1517 (2012).
Rabaey, JM Human Intranet: एक ठिकाण जिथे गट मानवांना भेटतात. 2015 च्या युरोपियन कॉन्फरन्स आणि डिझाईन, ऑटोमेशन आणि टेस्टिंग, ग्रेनोबल, फ्रान्स, सॅन जोस, कॅलिफोर्निया: EDA Alliance.637-640 (2015, मार्च 9-) या विषयावरील प्रदर्शनात पेपर प्रकाशित झाला. 13).
Krebs, FC etc.OE-A OPV demonstrator anno domini 2011.Energy environment.science.4, 4116–4123 (2011).
अली, एम., प्रकाश, डी., झिल्गर, टी., सिंग, पीके आणि हबलर, एसी प्रिंटेड पीझोइलेक्ट्रिक एनर्जी हार्वेस्टिंग उपकरणे. प्रगत ऊर्जा सामग्री.4. 1300427 (2014).
चेन, ए., मदन, डी., राइट, पीके आणि इव्हान्स, जेडब्ल्यू डिस्पेंसर-मुद्रित फ्लॅट जाड फिल्म थर्मोइलेक्ट्रिक एनर्जी जनरेटर.जे. मायक्रोमेकॅनिक्स मायक्रोइंजिनियरिंग 21, 104006 (2011).
Gaikwad, AM, Steingart, DA, Ng, TN, Schwartz, DE & Whiting, GL एक लवचिक उच्च-संभाव्य मुद्रित बॅटरी मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांना उर्जा देण्यासाठी वापरली जाते. App Physics Wright.102, 233302 (2013).
गायकवाड, AM, Arias, AC & Steingart, DA छापील लवचिक बॅटरीजमधील नवीनतम घडामोडी: यांत्रिक आव्हाने, मुद्रण तंत्रज्ञान आणि भविष्यातील संभावना.ऊर्जा तंत्रज्ञान.3, 305–328 (2015).
Hu, Y. इ. मोठ्या प्रमाणात सेन्सिंग सिस्टीम जी स्ट्रक्चरल हेल्थ मॉनिटरिंगसाठी मोठ्या-क्षेत्रातील इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे आणि CMOS ICs एकत्र करते. IEEE J. सॉलिड स्टेट सर्किट 49, 513–523 (2014).