nûçe

Pêvek û pêvajoyên çapkirinê yên germahiya nizm dikarin cûrbecûr amûrên elektronîkî yên ku hêz dixwe û enerjiyê dixwe û bi lêçûnek kêm li ser binesazên maqûl tevdigerin. Lêbelê, hilberîna pergalên elektronîkî yên bêkêmasî yên ji van amûran bi gelemperî hewceyê amûrên elektronîkî yên hêzê dike ku di navbera voltaja xebitandinê ya cihêreng de veguherînin. alavan.Pêkhateyên pasîf-înduktor, kondensator û berxwedêr- fonksiyonên wekî fîlterkirin, hilanîna enerjiyê ya demkurt, û pîvandina voltajê, ku di elektronîk û gelek sepanên din de bingehîn in, pêk tînin. berxwedêr û çerxên RLC-ê li ser binerdeyên plastîk ên nerm têne çap kirin û pêvajoya sêwiranê rapor dikin da ku berxwedana rêzê ya înduktoran kêm bike da ku ew di cîhazên elektronîkî yên hêzê de werin bikar anîn. Dûv re înduktor û berxwedêra çapkirî di nav çerxa rêgeza zêdekirinê de têne bicîh kirin. Çêkirin ji dîodên ronahiyê yên organîk û bataryayên lîtium-ionê yên maqûl. Rêbazên voltajê ji bo hêzkirina dîodên ji pîlê têne bikar anîn, potansiyela hêmanên pasîf ên çapkirî destnîşan dikin ku li şûna pêkhateyên çîyayê rûkalê yên kevneşopî di sepanên veguheztina DC-DC de.
Di van salên dawî de, sepandina amûrên cihêreng ên nerm di hilberên elektronîkî yên cil û mezin de û Înterneta Tiştan1,2 de hate pêşve xistin. Di nav van de amûrên berhevkirina enerjiyê, wek fotovoltaîk 3, piezoelektrîk 4, û termoelektrîk 5; Amûrên hilanîna enerjiyê, wekî bataryayên 6, 7; û cîhazên ku hêz dixwe, wekî senzorên 8, 9, 10, 11, 12, û çavkaniyên ronahiyê 13. Her çend pêşkeftinek mezin di çavkaniyên enerjiyê û barên kesane de pêk hatibe jî, berhevkirina van pêkhateyan di pergalek elektronîkî ya bêkêmasî de bi gelemperî elektronîkî hêzê hewce dike ku di navbera tevgera dabînkirina hêzê û hewcedariyên barkirinê de lihevnehatinek derbas bikin. Mînakî, pîlê li gorî rewşa xwe ya barkirinê voltaja guherbar çêdike. Heke ku bar voltaja domdar hewce bike, an ji voltaja ku pîlê dikare çêbike mezintir be, elektronîkên hêzê hewce ne .Elektronîkên hêzê hêmanên çalak (transîstor) ji bo pêkanîna fonksiyonên veguheztinê û kontrolê, û her weha pêkhateyên pasîf (înduktor, kapasîtor û berxwedêr) bikar tîne , kondensatorek tê bikar anîn da ku rijandina voltajê kêm bike, û pîvana voltaja ku ji bo kontrolkirina bertekê hewce ye bi karanîna dabeşkerek berxwedanê tête kirin.
Amûrên elektronîkî yên hêzdar ên ku ji bo cîhazên lixwekirî (wek oksîmetra puls 9) guncan in, çend volt û çend mîlîampan hewce dikin, bi gelemperî di frekansa ji sedan kHz heya çend MHz de dixebitin, û çend μH û çend induktansa μH hewce dikin û Kapasîteya μF e. 14 bi rêzê ve. Rêbaza kevneşopî ya çêkirina van dorhêlan ew e ku hêmanên veqetandî li ser panelek çapkirî ya hişk (PCB) were zeliqandin. Her çend hêmanên çalak ên şebekeyên elektronîkî yên hêzê bi gelemperî di yekîneyek yekgirtî ya silicon (IC) de têne hev kirin jî, hêmanên pasîf bi gelemperî têne hev kirin. derve, an rê dide çerxên xwerû, an jî ji ber ku induktans û kapasîteya pêwîst pir mezin e ku di silicon de were bicîh kirin.
Li gorî teknolojiya kevneşopî ya hilberîna PCB-ya kevneşopî, çêkirina cîhazên elektronîkî û çerxên bi pêvajoya çapkirinê ya lêzêdekirî ji hêla sadebûn û lêçûnê ve gelek avantajên xwe hene. Yekem, ji ber ku gelek pêkhateyên çerxê heman materyalan hewce dike, wek metalên ji bo têkiliyan. û girêdanên hev, çapkirinê dihêle ku gelek hêman di heman demê de bêne çêkirin, digel gavên pêvajoyî kêm û kêm çavkaniyên materyalan15. Bikaranîna pêvajoyên lêzêdekirinê ji bo cîhgirtina pêvajoyên jêderxistinê yên wekî fotolîtografî û xêzkirinê bêtir tevliheviya pêvajoyê û bermayiyên materyal kêm dike16, 17, 18, û 19. Wekî din, germahiyên nizm ên ku di çapkirinê de têne bikar anîn bi binesazên plastîk ên maqûl û erzan re hevaheng in, ku destûrê dide karanîna pêvajoyên hilberîna roll-to-roll-a bilez ku amûrên elektronîkî 16, 20 li deverên mezin veşêrin. Ji bo sepanan ku bi hêmanên çapkirî bi tevahî nekare were fêhm kirin, rêbazên hîbrîd hatine pêşve xistin ku tê de hêmanên teknolojiya çîyayê rûerdê (SMT) bi substratên maqûl 21, 22, 23 li tenişta pêkhateyên çapkirî di germahiyên nizm de têne girêdan. Di vê nêzîkatiya hîbrîd de, ew hîn jî pêdivî ye ku bi qasî ku pêkan be ji hevpîşeyên çapkirî re gelek hêmanên SMT-ê biguhezînin da ku feydeyên pêvajoyên zêde werbigirin û nermbûna tevayî ya çerxerê zêde bikin. Ji bo ku em elektronîk hêza maqûl pêk bînin, me berhevokek ji pêkhateyên çalak SMT û pasîf-çapkirî yên ekranê pêşniyar kiriye. hêmanên, bi giranî taybetî li ser guheztina înduktorên SMT-ê yên mezin bi induktorên spiral ên plankirî. Di nav teknolojiyên cihêreng ên ji bo çêkirina elektronîkên çapkirî de, çapkirina ekranê bi taybetî ji bo pêkhateyên pasîf guncan e ji ber ku stûrbûna fîlima wê ya mezin (ya ku ji bo kêmkirina berxwedana rêzê ya taybetmendiyên metal hewce ye. ) û leza çapkirinê ya bilind, tewra dema ku qadên asta santîmetre vedişêrin Heman car carinan jî rast e. Materyal 24.
Pêdivî ye ku windakirina hêmanên pasîf ên alavên elektronîkî yên hêzê were kêm kirin, ji ber ku karbidestiya çerxê rasterast bandorê li ser mîqdara enerjiya ku ji bo hêzkirina pergalê hewce dike dike. Ev bi taybetî ji bo înduktorên çapkirî yên ku ji kulîlkên dirêj pêk têne dijwar e, ku ji ber vê yekê ji rêzikên bilind re xeternak in. berxwedan. Ji ber vê yekê, her çend hin hewil hatine kirin ku berxwedana 25, 26, 27, 28 ya kulpên çapkirî kêm bikin, hîn jî kêmbûna pêkhateyên pasîf ên çapkirî yên bikêrhatî ji bo amûrên elektronîkî yên hêzê heye. Heya nuha, gelek kesan pasîf çapkirî ragihandine. hêmanên li ser binesazên maqûl hatine sêwirandin ku ji bo tespîtkirina frekansa radyoyê (RFID) an mebestên berhevkirina enerjiyê di çerxên resonantan de bixebitin 10, 12, 25, 27, 28, 29, 30, 31. Yên din balê dikişînin ser pêşkeftina maddî an pêvajoya çêkirinê û hêmanên gelemperî nîşan didin 26, 32, 33, 34 yên ku ji bo serîlêdanên taybetî ne xweşbîn in. Berevajî vê, çerxên elektronîkî yên hêzdar ên wekî regulatorên voltajê bi gelemperî ji alavên pasîf ên çapkirî yên tîpîk hêmanên mezintir bikar tînin û hewceyê rezonansê nakin, ji ber vê yekê sêwiranên pêkhateyên cûda hewce ne.
Li vir, em sêwirandin û xweşbînkirina înduktorên çapkirî yên ekranê di rêza μH de destnîşan dikin da ku di frekansên ku bi elektronîkîya hêzê ve girêdayî ne berxwedana rêzê ya herî piçûk û performansa bilind bi dest bixin. Induktorên çapkirî yên ekranê, kapasîtor û berxwedanên bi nirxên pêkhateyên cihêreng têne çêkirin. li ser binesazên plastîk ên maqûl.Kêmasiya van hêmanan ji bo hilberên elektronîkî yên maqûl pêşî di çerxek RLC ya hêsan de hate xuyang kirin. Dûv re înduktor û berxwedêra çapkirî bi IC-ê re têne yek kirin da ku rêgezek bihêz çêbike. Di dawiyê de, dîodek ronahiyê ya organîk (OLED ) û pîlê lîtium-îyonek maqûl têne çêkirin, û rêgezek voltajê tê bikar anîn da ku OLED-ê ji pîlê hêzdar bike.
Ji bo sêwirana înduktorên çapkirî yên ji bo elektronîkên hêzê, me pêşî li ser bingeha modela pelê ya heyî ya ku di Mohan et al de hatî pêşniyar kirin, induktans û berxwedana DC ya rêzek geometrîyên înduktorê pêşbîn kir. 35, û înduktorên ji geometrîyên cihêreng hatine çêkirin da ku rastbûna modelê piştrast bikin. Di vê xebatê de, ji bo înduktorê şeklek dordorek hate hilbijartin ji ber ku înduktorek bilindtir 36 dikare bi berxwedanek kêmtir li gorî geometrîyek pirgonal were bidestxistin. Bandora mîkrokê cure û hejmara çerxên çapkirinê yên li ser berxwedanê tê destnîşankirin. Dûv re ev encam bi modela ammeterê re hatin bikar anîn da ku 4,7 μH û 7,8 μH induktorên ku ji bo berxwedana herî kêm DC-yê xweşbînkirî hatine sêwirandin.
Induktans û berxwedana DC ya înduktorên spiral dikare ji hêla çend parametreyan ve were diyar kirin: pîvana derveyî do, firehiya zivirîna w û cîhê s, hejmara ziviran n, û berxwedana pelê berguhê Rsheet. Figure 1a wêneyek induktorek dorhêl a çapkirî ya silk nîşan dide. bi n = 12, pîvanên geometrîk ên ku înduktasyona wê diyar dikin nîşan dide. Li gorî modela ammeterê ya Mohan et al. 35, induktans ji bo rêzek geometrîyên înduktor tê hesibandin, li ku derê
(a) Wêneyek ji înduktora çapkirî ya ekranê ku pîvanên geometrîk nîşan dide. Dirêjahî 3 cm ye. Induktansa (b) û berxwedana DC (c) ya cîhêreng ên geometrî yên înduktorê. Rêz û nîşan bi rêzê ve li gorî nirx û nirxan têne pîvandin. (d,e) Berxwedêrên DC yên induktorên L1 û L2 bi rêzê bi dupont 5028 û 5064H mîkrokên zîv têne çap kirin.
Di frekansên bilind de, bandora çerm û kapasîteya parazît dê berxwedan û înduktora înduktorê li gorî nirxa wê ya DC-ê biguhezîne. Tê çaverê kirin ku induktor di frekansek têra xwe kêm de bixebite ku ev bandor neguhêzbar in, û cîhaz wekî induktansek domdar tevdigere. bi berxwedaneke domdar a di rêzê de. Ji ber vê yekê, di vê xebatê de, me têkiliya di navbera pîvanên geometrîk, induktans, û berxwedana DC de analîz kir, û encam bikar anî da ku induktansek diyarkirî ya bi berxwedana DC ya herî piçûk bistîne.
Induktans û berxwedan ji bo rêzek pîvanên geometrîkî yên ku bi çapkirina ekranê ve têne fêhm kirin têne hesibandin, û tê pêşbînî kirin ku induktans di rêza μH de çêbibe. Dirêjiyên derve 3 û 5 cm, firehiyên rêzê 500 û 1000 mîkrone. , û zivirînên cihêreng têne berhev kirin. Di hesabkirinê de, tê texmîn kirin ku berxwedana pelê 47 mΩ/□ e, ku bi qatek mîkroflake zîv a Dupont 5028 ya 7 μm stûr e ku bi ekranek 400 mesh çapkirî ye û w = s destnîşan dike. Nirxên induktansê û berxwedanê yên hesapkirî, bi rêzê ve di jimar 1b û c de têne xuyang kirin. Model pêşbînî dike ku hem induktans û hem jî berxwedan her ku pîvana derve û hejmara ziviran zêde dibin, an her ku firehiya xetê kêm dibe zêde dibin.
Ji bo nirxandina rastbûna pêşbîniyên modelê, înduktorên geometrî û înduktansan ên cihêreng li ser binesazek ​​polîetîlen terefthalate (PET) hatin çêkirin. Nirxên induktans û berxwedanê yên pîvandî di Figure 1b û c de têne destnîşan kirin. nirxa bendewarî, bi giranî ji ber guheztinên di stûrbûn û yekrengiya mîhengê depokirî de, induktansê bi modelê re peymanek pir baş nîşan da.
Ev encam dikarin ji bo sêwirana înduktorek bi înduktanseke pêwîst û kêmtirîn berxwedana DC-ê werin bikar anîn.Mînakî, bihesibînin ku înduktansek 2 μH hewce ye. Wêne 1b nîşan dide ku ev înduktans dikare bi çarçoveyek derveyî 3 cm, firehiya xetê were fêhm kirin. ji 500 μm, û 10 ziviran. Heman înduktans jî bi 5 cm bejna derve, 500 μm firehiya xetê û 5 ziviran an jî 1000 μm firehiya xetê û 7 ziviran (wek ku di wêneyê de tê xuyang kirin) dikare were çêkirin. Berhevdana berxwedanên van hersêyan. geometrîyên mimkun ên di jimar 1c de, tê dîtin ku berxwedana herî hindik a înduktorek 5 cm ya bi firehiya xetê 1000 μm 34 Ω ye, ku ji her duyên din bi qasî %40 kêmtir e. bi berxwedanek hindiktirîn bi vî rengî tête kurt kirin: Pêşîn, li gorî kêşeyên cîhê yên ku ji hêla serîlêdanê ve hatine ferz kirin pîvana derveyî ya herî zêde ya destûr hilbijêrin. Dûv re, divê firehiya rêzê bi qasî ku pêkan be mezin be di heman demê de ku hîn jî bigihîje înduktasyona hewce ji bo bidestxistina rêjeyek dagirtina bilind. (hevkêşana (3)).
Bi zêdekirina qalindiyê an bi karanîna materyalek bi guheztinek bilindtir ji bo kêmkirina berxwedana pelê ya fîlima metal, berxwedana DC dikare bêtir were kêm kirin bêyî ku bandorê li ser induksiyonê bike. Ji bo nirxandina guherîna berxwedanê bi hejmarên cuda yên cil û bergan têne çêkirin.Her ku hejmara cil û bergan zêde dibe, li gorî ku tê hêvîkirin berxwedan bi rêjeyek kêm kêm dibe, wek ku di jimarên 1d û e de tê nîşandan, ku bi rêzê ve induktorên L1 û L2 ne. Wêne 1d û e nîşan bide ku bi pêkanîna 6 tebeqeyên xêzkirinê, berxwedan dikare heya 6 carî were kêm kirin, û kêmbûna berxwedanê ya herî zêde (% 50-65) di navbera qata 1 û qata 2 de pêk tê. ekranek bi mezinahiya torê ya nisbeten piçûk (400 xetên per inch) ji bo çapkirina van induktoran tê bikar anîn, ku rê dide me ku em bandora qalindahiya rêhesê li ser berxwedanê lêkolîn bikin. Heya ku taybetmendiyên şablonê ji çareseriya herî kêm a torê mezintir bimînin, a stûrbûna (û berxwedan) bi heman rengî bi çapkirina hejmareke piçûktir cil û bergên bi mezinahiya tora mezintir zûtir dikare were bidestxistin. Ev rêbaz dikare were bikar anîn da ku heman berxwedana DC-yê ya ku li vir hatî nîqaş kirin bigihîje heman berxwedana DC-ê ya ku li vir tê nîqaş kirin, lê bi leza hilberînê ya bilindtir.
Wêneyên 1d û e jî nîşan didin ku bi karanîna mîkroja zîv a dupişk a DuPont 5064H, berxwedan bi qasê du kêm dibe. tê dîtin ku guheztina nizm a mîkroba 5028 ji ber mezinahiya wê ya piçûktir û hebûna gelek valahiyan di navbera perçikên di fîlima çapkirî de ye. Ji aliyek din ve, 5064H xwedan pelikên mezintir û ji nêzik ve hatine rêz kirin, dike ku ew nêzîkê girseyê tevbigere. zîv.Tevî ku fîlima ku ji hêla vê mîkrokê ve hatî hilberandin ji mîkroja 5028 teniktir e, bi yek tebeqeya 4 μm û 6 qatên 22 μm, lê zêdekirina guheztinê têra kêmkirina berxwedana giştî ye.
Di dawiyê de, her çend înduktans (hevkêşana (1)) bi hejmara ziviran (w + s) ve girêdayî be jî, berxwedan (hevkêşana (5)) tenê bi firehiya rêzê ve girêdayî ye. Ji ber vê yekê, bi zêdekirina w li gorî s, berxwedan dikare bêtir were kêm kirin.Du înduktorên pêvek L3 û L4 hatine sêwirandin ku w = 2s û bejna derve ya mezin hebe, wek ku di Tabloya 1-ê de tê xuyang kirin. Ev induktor bi 6 tebeqeyên DuPont 5064H têne çêkirin, wekî ku berê hatî destnîşan kirin, ji bo peydakirina performansa herî bilind. Induktansa L3 4,720 ± 0,002 μH e û berxwedan 4,9 ± 0,1 Ω ye, dema ku induktansa L4 7,839 ± 0,005 μH û 6,9 ± 0,1 Ω ye, ku bi pêşbîniya modelê re lihevhatinek baş in. Zêdebûna stûrbûn, rêvebûn, û w/s, ev tê vê wateyê ku rêjeya L/R li gorî nirxa 1-ê ji rêzek mezinahiyê zêdetir bûye.
Her çend berxwedana DC ya kêm hêvîdar e jî, nirxandina guncavbûna înduktoran ji bo alavên elektronîkî yên hêzê yên ku di rêza kHz-MHz de dixebitin pêdivî bi taybetmendîkirina frekansên AC heye. Figure 2a girêdayîbûna frekansê ya berxwedan û reaktansa L3 û L4 nîşan dide. Ji bo frekansên li jêr 10 MHz , berxwedan bi qasî nirxa xwe ya DC domdar dimîne, di heman demê de reaktans bi frekansê re bi xêzikî zêde dibe, ku tê vê wateyê ku induktans wekî ku tê hêvî kirin sabît e. Frekansa xwe-resonant wekî frekansa ku tê de impedans ji înduktîf berbi kapasîteyê diguhere, tê pênase kirin. L3 35,6 ± 0,3 MHz e û L4 24,3 ± 0,6 MHz e. Girêdana frekansê ya faktora kalîteyê Q (wek ωL/R) di jimar 2b de tê nîşandan. bi rêzê ve li frekansên 11 û 16 MHz. Induktansa çend μH û Q-ya nisbeten bilind li frekansên MHz, van înduktoran têr dike ku di veguhezerên DC-DC-ê yên kêm-hêza de li şûna înduktorên kevneşopî yên ser-çîyayî biguhezînin.
Berxwedana pîvandî R û reaktansa X (a) û faktora kalîteyê Q (b) ya înduktorên L3 û L4 bi frekansê ve girêdayî ne.
Ji bo kêmkirina şopa ku ji bo kapasîteyek diyarkirî hewce dike, çêtirîn e ku meriv teknolojiya kapasîtorê bi kapasîteyek taybetî ya mezin bikar bîne, ku wekheviya domdariya dielektrîkê ε bi qalindahiya dîelektrîkê ve tê dabeş kirin. Di vê xebatê de, me pêkhateya barium titanate hilbijart. wekî dîelektrîkê ji ber ku epsilonek wê ji dîelektrîkên organîk ên din ên ku bi çareserî têne hilberandin heye bilindtir e. Tebeqeya dîelektrîkê di navbera her du rêgirên zîv de tê çap kirin da ku avahiyek metal-dîelektrîk-metal çêbike. , bi bikaranîna du an sê tebeqeyên dîelektrîkê têne çêkirin da ku hilberîna baş biparêzin. Figure 3b mîkrografek SEM-ê ya çarçav a kapasîtorek nûnerê ku bi du tebeqeyên dielektrîkê hatî çêkirin, bi tevahî stûrahiya dielektrîkê 21 μm nîşan dide. Elektrodên jorîn û jêrîn 5064H yek-tebeq û şeş-tebeq in. Parçeyên baryûm tîtanate yên bi mezinahiya mîkron di wêneya SEM-ê de têne xuyang kirin ji ber ku deverên ronîtir bi girêdana organîk a tarîtir ve hatine dorpêç kirin. Çêleka dielektrîkê elektroda jêrîn baş şil dike û têkiliyek zelal bi fîlima metal a çapkirî, wekî ku di nîgarê de bi mezinbûnek bilindtir tê xuyang kirin.
(a) Wêneyek ji kapasîtorek bi pênc deverên cihêreng. (b) Mîkrografa SEM-ê ya xaçerê ya kapasîtorek bi du tebeqeyên dîelektrîkê, ku elektrodên dîelektrîk û zîv titanate barium nîşan dide. (c) Kapasîteya kapasîteyên bi 2 û 3 tîtanate baryûm qatên dîelektrîk û qadên cihêreng, bi 1 MHz têne pîvandin. (d) Têkiliya di navbera kapasîtans, ESR, û faktora windabûnê ya kondensatorek 2,25 cm2 ya bi 2 qatên pêlên dielektrîkê û frekansê.
Kapasîteyê bi qada hêvîkirî re têkildar e. Wekî ku di jimar 3c de tê xuyang kirin, kapasîteya taybetî ya dîelektrîkê ya du qat 0,53 nF/cm2 e, û kapasîteya taybetî ya dîelektrîkê ya sê-tebeq 0,33 nF/cm2 ye. Van nirxan bi domdariya dielektrîkê ya 13 re têkildar in. kapasitans û faktora belavbûnê (DF) jî di frekansên cihêreng de hate pîvandin, wekî ku di jimar 3d de tê xuyang kirin, ji bo kapasîtorek 2,25 cm2 bi du tebeqeyên dîelektrîkê. Me dît ku kapasîtans di rêza frekansa berjewendiyê de bi nisbeten sivik bû, ji %20 zêde bû. ji 1 heta 10 MHz, dema ku di heman rêzê de, DF ji 0,013 berbi 0,023 zêde bû. Ji ber ku faktora belavbûnê rêjeya windakirina enerjiyê ye ji enerjiya ku di her çerxa AC de tê hilanîn, DF-ya 0,02 tê vê wateyê ku %2 ji hêza ku tê xebitandin. ji hêla kondensatorê ve tê xerc kirin.Ev windabûn bi gelemperî wekî berxwedana rêzê ya hevwate ya girêdayî frekansê (ESR) di rêzên bi kapasîtorê de, ku bi DF/ωC re wekhev e, tête diyar kirin. Wekî ku di jimar 3d de jî tê xuyang kirin, ji bo frekansên ji 1 MHz mezintir, ESR ji 1,5 Ω kêmtir e, û ji bo frekansên ji 4 MHz mezintir e, ESR ji 0,5 Ω kêmtir e. Her çend vê teknolojiya kapasîtorê bikar bînin jî, ji bo veguherkerên DC-DC-ê kapasîteyên asta μF-ya ku ji bo veguherînerên DC-DC hewce ne, herêmek pir mezin hewce dike, lê 100 pF-nF Rêjeya kapasîteyê û kêmbûna windabûna van kapasitoran wan ji bo sepanên din, wek parzûn û çerxên resonantê minasib dike. Ji bo zêdekirina kapasîteyê rêbazên cûrbecûr dikarin bêne bikar anîn. Berdewamek dîelektrîkî ya bilind kapasîteya taybetî zêde dike 37; ji bo nimûne, ev dikare bi zêdekirina giraniya keriyên baryum titanate di mîkrokê de were bidest xistin. Dikare stûrbûna dielektrîkî ya piçûktir were bikar anîn, her çend ev pêdivî bi elektrodek jêrîn a ku ji felqek zîvê ya çapkirî ya li ser ekranê hişktir e. Teniktir, kapasîtorek ziravtir qat dikarin bi çapkirina inkjet 31 an çapkirina gravur 10 ve werin razandin, ku dikare bi pêvajoyek çapkirinê ya ekranê re were hev kirin. Di dawiyê de, pir tebeqeyên guhezbar ên metal û dielektrîkê dikarin werin berhev kirin û çap kirin û bi hev ve girêbidin, bi vî rengî kapasîteyê 34 li ser yekîneyek deverê zêde bikin. .
Parçekerek voltajê ya ku ji cotek berxwedêran pêk tê bi gelemperî ji bo pêkanîna pîvana voltaja ku ji bo kontrolkirina vegerê ya regulatorek voltajê hewce dike tê bikar anîn. Amûrên piçûk in. Li vir, hate dîtin ku berxwedana pelê ya mîkroja karbonê ya yek-tebeq-teqalî çapkirî 900 Ω/□ bû. Ev agahdarî ji bo sêwirana du berxwedêrên xêzik (R1 û R2) û berxwedanek serpentîn (R3) tê bikar anîn. ) bi berxwedanên binavkirî yên 10 kΩ, 100 kΩ, û 1,5 MΩ. Berxwedana di navbera nirxên binavkirî de, bi çapkirina du an sê tebeqeyên mîkrokê, wekî ku di jimar 4 de tê nîşandan, û wêneyên her sê berxwedanan pêk tê. 8- çêbikin. 12 nimûneyên her cûreyê; Di hemî rewşan de, guheztina standard ya berxwedanê %10 an kêmtir e. Guherîna berxwedanê ya nimûneyên bi du an sê qatên xêzkirinê ji yên nimûneyên bi yek tebeqeyek xêzkirî hinekî piçûktir e. Guherîna piçûk di berxwedana pîvandî de û peymana nêzîk a bi nirxa binavkirî re destnîşan dike ku berxwedanên din ên di vê rêzê de rasterast bi guheztina geometriya berxwedanê têne bidestxistin.
Sê geometrîyên berxwedanê yên cihêreng ên bi hejmarên cihêreng ên rengdêrên berxwedêr ên karbonê hene. Wêneyê sê berxwedêran li milê rastê tê xuyang kirin.
Derhênerên RLC mînakên pirtûkên dersê yên klasîk in yên berhevokên berxwedêr, înduktor û kapasitorê ku ji bo nîşankirin û verastkirina tevgera pêkhateyên pasîf ên ku di nav çerxên çapkirî yên rastîn de ne. Berxwedêra 25 kΩ bi wan re paralel ve girêdayî ye. Wêneyê çerxa maqûl di jimar 5a de tê xuyang kirin. Sedema hilbijartina vê kombînasyona rêze-paralel ya taybetî ew e ku tevgera wê ji hêla her sê beşên frekansa cihêreng ve tê destnîşankirin, da ku performansa her pêkhateyê dikare were ronî kirin û binirxandin. Li ber çavan bergiriya rêza 7 Ω ya înduktor û 1,3 Ω ESR ya kondensatorê, berteka frekansa çaverêkirî ya dorpêçê hate hesab kirin. Di xêza 5b de diyagrama çerxê tê nîşandan, û jimareya hesabkirî Amplitude impedance û qonax û nirxên pîvandî di jimarên 5c û d de têne xuyang kirin. Di frekansên nizm de, impedansa bilind a kondensatorê tê vê wateyê ku tevgera çerxê ji hêla berxwedêra 25 kΩ ve tê destnîşankirin. Her ku frekansa zêde dibe, impedansê riya LC kêm dibe; Tevahiya tevgerê çerxê kapasîf e heya ku frekansa resonansê 2,0 MHz be. Li ser frekansa rezonansê, impedansê înduktîf serdest e. Wêne 5 bi zelalî lihevhatina hêja di navbera nirx û nirxên pîvandî de li seranserê rêza frekansê nîşan dide. Ev tê vê wateyê ku modela hatî bikar anîn li vir (ku înduktor û kondensator hêmanên îdeal ên bi berxwedana rêzê ne) ji bo pêşbînkirina tevgera çerxê li van frekansan rast e.
(a) Wêneyek ji çerxa RLC-ya çapkirî ya ekranê ya ku têkelek rêzê ya înduktorek 8 μH û kapasîtorek 0,8 nF paralel bi berxwedanek 25 kΩ re bikar tîne. (b) Modela dorhêlê tê de berxwedana rêzê ya înduktor û kapasîtor tê de heye. (c ,d) Amplituda impedansê (c) û qonaxa (d) ya dewrê.
Di dawiyê de, înduktor û berxwedanên çapkirî di regulatora boostê de têne bicîh kirin. IC-ya ku di vê xwenîşandanê de tê bikar anîn Microchip MCP1640B14 e, ku regulatorek bihêzkirina hevdem a PWM-ê ye ku bi frekansa xebitandinê ya 500 kHz e. Diyagrama çerxê di Figure 6a de tê nîşandan. 4,7 μH înduktor û du kondensator (4,7 μF û 10 μF) wekî hêmanên hilanîna enerjiyê têne bikar anîn, û cotek berxwedêr ji bo pîvandina voltaja derketinê ya kontrolkirina vegerê têne bikar anîn. Nirxa berxwedanê hilbijêrin da ku voltaja derketinê li 5 V rast bikin. Dork li ser PCB-ê tê çêkirin, û performansa wê di nav berxwedana barkirinê û rêza voltaja têketinê ya 3 heta 4 V de tê pîvandin da ku pîlê lîtium-ion di rewşên şarjê yên cihêreng de simule bike. Karbidestiya înduktor û berxwedanên çapkirî bi karîgeriya înduktor û berxwedêrên SMT.Kapasîtorên SMT di hemû rewşan de têne bikar anîn ji ber ku kapasîteya ku ji bo vê sepanê tê xwestin pir mezin e ku bi kapasîteyên çapkirî were tije kirin.
(a) Diyagrama çerxa îstîqrara voltajê. (b–d) (b) Vout, (c) Vsw, û (d) Şêweyên pêlê yên ku di înduktorê de diherike, voltaja têketinê 4.0 V, berxwedana barkirinê 1 kΩ ye, û înduktora çapkirî ji bo pîvandinê tê bikar anîn. Ji bo vê pîvandinê bergir û kondensatorên çîyayê rûvî têne bikar anîn. ) Rêjeya karîgeriyê ya rûkalê û çerxa çapkirî ya ku di (e) de tê xuyang kirin.
Ji bo voltaja têketinê 4.0 V û berxwedana barkirina 1000 Ω, pêlên ku bi karanîna înduktorên çapkirî têne pîvandin di Figure 6b-d de têne xuyang kirin. Wêne 6c voltaja li termînala Vsw ya IC nîşan dide; voltaja înduktorê Vin-Vsw e.Şiklê 6d herika ku diherike nav induktorê nîşan dide. Karbidestiya çerxa bi SMT û pêkhateyên çapkirî di Figure 6e de wekî fonksiyona voltaja têketinê û berxwedana barkirinê tê xuyang kirin, û Figure 6f rêjeya karîgeriyê nîşan dide. ji hêmanên çapkirî yên ji hêmanên SMT re. Karbidestiya ku bi karanîna pêkhateyên SMT tê pîvandin dişibihe nirxa bendewar a ku di pelgeya daneya çêker de tê dayîn. ya înduktorên SMT ji ber berxwedana rêza bilindtir e. Lêbelê, digel voltaja têketinê û heyama hilberanê ya bilind, windabûna berxwedanê kêmtir girîng dibe, û performansa înduktorên çapkirî dest pê dike ku nêzîkê ya induktorên SMT bibe. Ji bo berxwedanên barkirinê > 500 Ω û Vin = 4.0 V an > 750 Ω û Vin = 3.5 V, karbidestiya induktorên çapkirî ji% 85-ê înduktorên SMT mezintir e.
Berawirdkirina forma pêlê ya heyî ya di Figure 6d de bi windabûna hêza pîvandî re destnîşan dike ku windabûna berxwedanê ya di înduktorê de sedema sereke ya cûdahiya kargêriyê ye di navbera çerxa çapkirî û dora SMT de, wekî ku tê hêvî kirin. Hêza ketin û derketinê li 4.0 V tê pîvandin. voltaja têketinê û berxwedana barkirina 1000 Ω 30,4 mW û 25,8 mW ji bo şebekeyên bi pêkhateyên SMT û 33,1 mW û 25,2 mW ji bo şebekeyên bi pêkhateyên çapkirî 30,4 mW û 25,8 mW in. Ji ber vê yekê, windabûna çerxa çapkirî 7,9 mW ye, ku ji 3,4 mW zêdetir e. çerxa bi hêmanên SMT.Rêya înduktora RMS ku ji şikila pêlê ya di xêza 6d de tê hesibandin 25,6 mA ye. Ji ber ku berxwedana wê ya rêzê 4,9 Ω ye, windabûna hêza çaverêkirî 3,2 mW e. Ev ji% 96 ji cûdahiya hêza DC ya 3,4 mW hatî pîvandin e. Wekî din, şebek bi înduktorên çapkirî û berxwedêrên çapkirî û înduktorên çapkirî û berxwedêrên SMT tê çêkirin, û di navbera wan de ferqa karîgeriyê ya girîng nayê dîtin.
Dûv re regulatora voltajê li ser PCB-ya maqûl tê çêkirin (çapkirina çerxê û performansa pêkhateya SMT di Figure S1 ya Pêvek de têne xuyang kirin) û di navbera pîlê lîtium-ionê ya maqûl de wekî çavkaniya hêzê û rêzika OLED wekî barkirinê ve girêdayî ye. Li gorî Lochner et al. 9 Ji bo çêkirina OLED-an, her pixelek OLED 0,6 mA di 5 V de dixwe. Pîlê oksîda kobalt a lîtium û grafît, bi rêzê, wekî katod û anodê bikar tîne, û ji hêla pêlêdana lûla doktor ve, ku rêbaza çapkirina pîlê herî gelemperî ye, tê çêkirin.7 kapasîteya pîlê 16 mAh e, û voltaja di dema ceribandinê de 4.0V e. Di jimar 7 de wêneyek çerxa li ser PCB-ya maqûl nîşan dide, ku sê pîxelên OLED bi hev ve girêdayî ye hêzdar dike. Xwepêşandan potansiyela pêkhateyên hêza çapkirî nîşan da ku bi yên din re bêne yek kirin. Amûrên nerm û organîk ku pergalên elektronîkî yên tevlihevtir ava dikin.
Wêneyek çerxa rêzkerê voltajê ya li ser PCB-ya maqûl bi karanîna induktor û berxwedêrên çapkirî, bi karanîna bataryayên lîtium-ionê yên maqûl ji bo hêzkirina sê LED-yên organîk bikar tîne.
Me înduktor, kapasîtor û berxwedêrên çapkirî yên ekranê yên bi rêzek nirxan li ser binesazên PET-ê yên maqûl nîşan dan, bi mebesta ku di alavên elektronîkî yên hêzê de hêmanên çîyayê rûvî biguhezînin. Me destnîşan kir ku bi sêwirana spiralek bi pîvanek mezin, rêjeya dagirtina , û rêjeya firehiya xêz-cihê, û bi karanîna qatek stûr ji mîkroba kêm-berxwedêr. Ev pêkhate di nav çerxeyek RLC-ya bi tevahî çapkirî û maqûl de têne yek kirin û tevgera elektrîkê ya pêşbînbar di rêza frekansa kHz-MHz de, ku ya herî mezin e, nîşan didin. berjewendiya elektronîk hêzê.
Bûyerên karanîna tîpîk ji bo amûrên elektronîkî yên hêza çapkirî pergalên elektronîkî yên guhêzbar ên cil û bergkirî ne, ku ji hêla bataryayên veguhezbar ên nerm (wekî lîtium-ion) ve têne hêz kirin, ku dikarin li gorî rewşa barkirinê voltaja guhêrbar biafirînin. Ger barkirin (tevî çapkirin alavên elektronîkî yên organîk) hewceyê voltaja domdar an jî ji voltaja voltaja bilindtir ji hêla pîlê ve hewce dike, regulatorek voltajê hewce dike. Ji ber vê yekê, înduktor û berxwedêrên çapkirî bi IC-yên kevneşopî yên silicon re di nav regulatorek zêde de têne yek kirin da ku OLED bi voltaja domdar hêzdar bike. 5 V ji dabînkirina hêza bataryaya voltaja guhêrbar. Di nav rêzek diyar a barkirinê û voltaja têketinê de, karbidestiya vê dorpêçê ji% 85-ê karîgeriya çerxa kontrolê ya ku bi înduktor û berxwedanên çîyayê rûvî bikar tîne, derbas dike.Tevî xweşbîniyên maddî û geometrîkî, windahiyên berxwedêr ên di înduktorê de hîn jî faktora sînordar e ji bo performansa çerxê di astên heyama bilind de (herika têketinê ji 10 mA mezintir). ji IC-ê. Ji ber ku gelek amûrên çapkirî û organîk pêdiviya pêlên bi nisbeten kêm hene, wek mînak OLEDên piçûk ên ku di xwenîşandana me de têne bikar anîn, înduktorên hêza çapkirî dikarin ji bo van sepanan guncan werin hesibandin. karîgeriya veguherîner a giştî ya bilind dikare were bidestxistin.
Di vê xebatê de, regulatora voltajê li ser PCB-ya kevneşopî, PCB-ya maqûl û teknolojiya lêxistina hêmanên çîyayê rûkalê hatî çêkirin, dema ku pêkhateya çapkirî li ser bingehek cihêreng tête çêkirin. fîlimên çapkirî divê rê bidin ku hêmanên pasîf, û her weha pêwendiya di navbera amûrê û pêlên pêwendiya pêkhateya çîyayê rûerdê de, li ser her bingehekê bêne çap kirin. Ev yek, digel karanîna zeliqên heyî yên germahiya kêm ji bo pêkhateyên çîyayê rûvî, dê rê bide Tevahiya çerxa ku li ser binerdên erzan (wekî PET) bê hewcedariya pêvajoyên kêmkirinê yên wekî xêzkirina PCB-ê were çêkirin. Ji ber vê yekê, hêmanên pasîf-çapkirî yên ku di vê xebatê de hatine çêkirin, dibin alîkar ku rê li ber pergalên elektronîkî yên maqûl ên ku enerjî û bargiraniyê yek dikin vekin. bi elektronîkên hêza performansa bilind, bi karanîna substratên erzan, bi taybetî pêvajoyên lêzêde û hindiktirîn Hejmara pêkhateyên rûkalê.
Bi karanîna çapera ekranê ya Asys ASP01M û ekranek pola zengarnegir ku ji hêla Dynamesh Inc. ve hatî peyda kirin, hemî qatên pêkhateyên pasîf li ser substratek PET-a maqûl a bi qalindahiya 76 μm hatine çap kirin. Mezinahiya tevna qata metal 400 xetên per inch û 250 e. xêzên per inch ji bo qata dîelektrîkê û qata berxwedanê. Hêza şilkirinê ya 55 N, leza çapkirinê 60 mm/s, dûrbûna şkestinê 1,5 mm, û squeegee Serilor bi serhişkiya 65 (ji bo metal û berxwedêr) bikar bînin qat) an 75 (ji bo qatên dielektrîkê) ji bo çapkirina ekranê.
Tebeqên gemarî - înduktor û têkiliyên kapasitor û berxwedêran - bi DuPont 5082 an jî DuPont 5064H mîkroflake zîv ink têne çap kirin. Bergir bi karbonê DuPont 7082 tê çap kirin. tê bikaranîn.Her qatek dîelektrîkê bi çerxa çapkirinê ya du-derbas (şil-şil) tê hilberandin da ku yekrengiya fîlimê baştir bike. gelek cildên heman materyalê ji bo 2 hûrdeman di navbera cil û bergan de di 70 °C de hatin zuwa kirin.Piştî ku kirasê paşîn ê her materyalê hate danîn, nimûne li 140 °C 10 hûrdeman hatin pijandin da ku zuwabûna tam bê misogerkirin. çaper ji bo rêzkirina qatên paşerojê tê bikar anîn. Têkiliya bi navenda înduktorê re bi qutkirina qulikek li ser pêlava navendê û şopên çapkirina şablonê li ser pişta binerdê bi mîkroja DuPont 5064H ve tê bidestxistin. Têkiliya di navbera alavên çapkirinê de jî Dupont bikar tîne. Çapkirina şablonê 5064H. Ji bo ku hêmanên çapkirî û hêmanên SMT-ê li ser PCB-ya maqûl a ku di jimar 7 de tê xuyang kirin werin xuyang kirin, hêmanên çapkirî bi karanîna epoksî ya guhêrbar Circuit Works CW2400 ve têne girêdan, û hêmanên SMT-ê bi lêkirina kevneşopî ve têne girêdan.
Oksîdeya kobalt a lîtium (LCO) û elektrodên grafît-based bi rêzê ve wekî katod û anoda pîlê têne bikar anîn. Slûra katodê ji %80 LCO (MTI Corp.), %7.5 grafît (KS6, Timcal), 2.5 e. % karbon reş (Super P, Timcal) û 10% polyvinylidene fluoride (PVDF, Kureha Corp.). ) Anode ji %84 wt grafît, % 4wt % karbon reş û % 13 wt PVDF e. N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP, Sigma Aldrich) tê bikar anîn da ku bindera PVDF-ê bihelîne û şêlûyê belav bike. Di şevekê de bi mîkserê vortexê tê hejandin. Folek pola zengarnegir a 0,0005 înç û pelika nîkel a 10 μm wekî kolektîfên heyî yên ji bo katod û anodê têne bikar anîn. Bi leza çapkirinê 20 bi squeegee li ser kolektora heyî tê çap kirin. mm/s. Elektrodê di tendûrê de di 80 °C de 2 saetan germ bikin da ku çareserker jê bibe. Bilindahiya elektrodê piştî ziwabûnê bi qasî 60 μm ye û li ser bingeha giraniya madeya çalak, kapasîteya teorîkî 1,65 mAh e. /cm2.Elektrod bi pîvanên 1,3 × 1,3 cm2 hatin birîn û şevekê di firinek valahiyê de di germahiya 140°C de hatin germ kirin, û dûv re ew bi kîsikên laminat ên aluminumê di qutiyek destmalê ya tije nîtrojen de hatin girtin. Çareseriya fîlima bingehîn a polîpropîlen anod û katod û 1M LiPF6 di EC / DEC (1: 1) de wekî elektrolîta pîlê tê bikar anîn.
OLED kesk ji poly(9,9-dioctylfluorene-co-n-(4-butylfenyl)-diphenylamine) (TFB) û poly((9,9-dioctylfluorene-2,7- (2,1,3-benzothiadiazole-) pêk tê. 4, 8-diyl)) (F8BT) li gorî prosedûra ku di Lochner et al.
Ji bo pîvandina qalindahiya fîlimê profîla stîlusê Dektak bikar bînin. Fîlm ji bo ku bi mîkroskopiya elektronîk şopandinê (SEM) nimûneyek xaçeperçê ji bo lêkolînê amade bike hate birîn. Ji bo taybetmendîkirina avahiya çapkirî çeka FEI Quanta 3D (FEG) SEM tê bikar anîn. fîlim û pîvana qalindiyê piştrast bikin. Lêkolîna SEM li ser voltaja bilez a 20 keV û dûrahiya xebatê ya tîpîk 10 mm hate kirin.
Ji bo pîvandina berxwedana DC, voltaj û herikê multîmetreyek dîjîtal bikar bînin. Ji bo pîvandina frekansên li jor 500 kHz analîzatora torê ya Agilent E4980 LCR metreya Agilent E4980 LCR tê pîvandin. Tektronix TDS 5034 oscilloscope ji bo pîvandina pêla regulatorê voltajê.
Meriv çawa vê gotarê vedibêje: Ostfeld, AE, hwd. Ji bo amûrên elektronîkî yên hêza maqûl çapkirina hêmanên pasîf çap dike.science.Rep. 5, 15959; doi: 10.1038/srep15959 (2015).
Nathan, A. et al.Elektronîkên nermik: platforma herderê ya din. Pêvajoya IEEE 100, 1486-1517 (2012).
Rabaey, JM Human Intranet: Cihek ku kom bi mirovan re dicivin. Kaxez li Konferans û Pêşangeha Ewropî ya 2015 li ser sêwirandin, otomasyon û ceribandinê, Grenoble, Fransa hate weşandin. San Jose, California: EDA Alliance.637-640 (2015, Adar 9- 13).
Krebs, FC hwd.OE-A OPV xwenîşander anno domini 2011.Energy hawirdor.science.4, 4116–4123 (2011).
Ali, M., Prakash, D., Zillger, T., Singh, PK & Hübler, AC alavên berhevkirina enerjiyê piezoelectric çapkirî. Materyalên enerjiyê yên pêşkeftî.4. 1300427 (2014).
Chen, A., Madan, D., Wright, PK & Evans, JW jeneratorê enerjiya termoelektrîkî ya fîlima stûr a daîre çapkirî-JW.J. Micromechanics Microengineering 21, 104006 (2011).
Gaikwad, AM, Steingart, DA, Ng, TN, Schwartz, DE & Whiting, GL Pîleyek çapkirî ya bi potansiyela bilind a nerm ku ji bo hêzkirina amûrên elektronîkî yên çapkirî tê bikar anîn.App Physics Wright.102, 233302 (2013).
Gaikwad, AM, Arias, AC & Steingart, DA.
Hu, Y. hwd. Pergala hestiyariyê ya mezin a ku amûrên elektronîkî yên qada mezin û CMOS IC-ên ji bo şopandina tenduristiya strukturel li hev dike.IEEE J. Solid State Circuit 49, 513–523 (2014).