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एडिटिव्स और कम तापमान वाली प्रिंटिंग प्रक्रियाएं कम लागत पर लचीले सब्सट्रेट्स पर विभिन्न बिजली-खपत करने वाले और बिजली-खपत वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को एकीकृत कर सकती हैं। हालांकि, इन उपकरणों से पूर्ण इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम के उत्पादन के लिए आमतौर पर विभिन्न ऑपरेटिंग वोल्टेज के बीच परिवर्तित करने के लिए पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की आवश्यकता होती है। उपकरण। निष्क्रिय घटक - इंडक्टर्स, कैपेसिटर और रेसिस्टर्स - फ़िल्टरिंग, अल्पकालिक ऊर्जा भंडारण और वोल्टेज माप जैसे कार्य करते हैं, जो पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और कई अन्य अनुप्रयोगों में आवश्यक हैं। इस लेख में, हम इंडक्टर्स, कैपेसिटर पेश करते हैं, प्रतिरोधकों और आरएलसी सर्किटों को लचीले प्लास्टिक सब्सट्रेट्स पर स्क्रीन-प्रिंट किया जाता है, और इंडक्टर्स की श्रृंखला प्रतिरोध को कम करने के लिए डिज़ाइन प्रक्रिया की रिपोर्ट की जाती है ताकि उनका उपयोग बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में किया जा सके। मुद्रित प्रारंभ करनेवाला और प्रतिरोधी को फिर बूस्ट नियामक सर्किट में शामिल किया जाता है। निर्माण कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड और लचीली लिथियम-आयन बैटरियां। वोल्टेज नियामकों का उपयोग बैटरी से डायोड को बिजली देने के लिए किया जाता है, जो डीसी-डीसी कनवर्टर अनुप्रयोगों में पारंपरिक सतह माउंट घटकों को बदलने के लिए मुद्रित निष्क्रिय घटकों की क्षमता का प्रदर्शन करता है।
हाल के वर्षों में, पहनने योग्य और बड़े क्षेत्र वाले इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों और इंटरनेट ऑफ थिंग्स1,2 में विभिन्न लचीले उपकरणों का अनुप्रयोग विकसित किया गया है। इनमें ऊर्जा संचयन उपकरण शामिल हैं, जैसे फोटोवोल्टिक 3, पीजोइलेक्ट्रिक 4, और थर्मोइलेक्ट्रिक 5; ऊर्जा भंडारण उपकरण, जैसे बैटरी 6, 7; और बिजली की खपत करने वाले उपकरण, जैसे सेंसर 8, 9, 10, 11, 12, और प्रकाश स्रोत 13। हालांकि व्यक्तिगत ऊर्जा स्रोतों और भार में काफी प्रगति हुई है, इन घटकों को एक पूर्ण इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली में संयोजित करने के लिए आमतौर पर पावर इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता होती है बिजली आपूर्ति व्यवहार और लोड आवश्यकताओं के बीच किसी भी बेमेल को दूर करें। उदाहरण के लिए, एक बैटरी अपने चार्ज की स्थिति के अनुसार एक परिवर्तनीय वोल्टेज उत्पन्न करती है। यदि लोड को निरंतर वोल्टेज की आवश्यकता होती है, या बैटरी द्वारा उत्पन्न वोल्टेज से अधिक की आवश्यकता होती है, तो पावर इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता होती है .पावर इलेक्ट्रॉनिक्स स्विचिंग और नियंत्रण कार्यों को करने के लिए सक्रिय घटकों (ट्रांजिस्टर) के साथ-साथ निष्क्रिय घटकों (इंडक्टर, कैपेसिटर और रेसिस्टर्स) का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, एक स्विचिंग रेगुलेटर सर्किट में, प्रत्येक स्विचिंग चक्र के दौरान ऊर्जा को स्टोर करने के लिए एक प्रारंभकर्ता का उपयोग किया जाता है। , एक संधारित्र का उपयोग वोल्टेज तरंग को कम करने के लिए किया जाता है, और फीडबैक नियंत्रण के लिए आवश्यक वोल्टेज माप एक प्रतिरोधी विभक्त का उपयोग करके किया जाता है।
पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण जो पहनने योग्य उपकरणों के लिए उपयुक्त हैं (जैसे कि पल्स ऑक्सीमीटर 9) को कई वोल्ट और कई मिलीएम्प्स की आवश्यकता होती है, आमतौर पर सैकड़ों kHz से कई मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति रेंज में काम करते हैं, और कई μH और कई μH इंडक्शन की आवश्यकता होती है और कैपेसिटेंस μF है क्रमशः 14। इन सर्किटों के निर्माण की पारंपरिक विधि अलग-अलग घटकों को एक कठोर मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) में मिलाप करना है। हालांकि पावर इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के सक्रिय घटकों को आमतौर पर एक एकल सिलिकॉन एकीकृत सर्किट (आईसी) में जोड़ा जाता है, निष्क्रिय घटक आमतौर पर होते हैं बाहरी, या तो कस्टम सर्किट की अनुमति देता है, या क्योंकि आवश्यक इंडक्शन और कैपेसिटेंस सिलिकॉन में लागू करने के लिए बहुत बड़े हैं।
पारंपरिक पीसीबी-आधारित विनिर्माण तकनीक की तुलना में, एडिटिव प्रिंटिंग प्रक्रिया के माध्यम से इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और सर्किट के निर्माण में सादगी और लागत के मामले में कई फायदे हैं। सबसे पहले, क्योंकि सर्किट के कई घटकों को समान सामग्री की आवश्यकता होती है, जैसे संपर्कों के लिए धातु और इंटरकनेक्शन, प्रिंटिंग कई घटकों को एक ही समय में निर्मित करने की अनुमति देती है, अपेक्षाकृत कम प्रसंस्करण चरणों और सामग्री के कम स्रोतों के साथ15। फोटोलिथोग्राफी और नक़्क़ाशी जैसी घटिया प्रक्रियाओं को बदलने के लिए योगात्मक प्रक्रियाओं का उपयोग प्रक्रिया की जटिलता और सामग्री की बर्बादी को और कम करता है16, 17, 18, और 19. इसके अलावा, मुद्रण में उपयोग किया जाने वाला कम तापमान लचीले और सस्ते प्लास्टिक सब्सट्रेट के साथ संगत है, जो बड़े क्षेत्रों में इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों 16, 20 को कवर करने के लिए उच्च गति रोल-टू-रोल विनिर्माण प्रक्रियाओं के उपयोग की अनुमति देता है। अनुप्रयोगों के लिए जिसे मुद्रित घटकों के साथ पूरी तरह से महसूस नहीं किया जा सकता है, हाइब्रिड विधियां विकसित की गई हैं जिसमें सतह माउंट प्रौद्योगिकी (एसएमटी) घटक कम तापमान पर मुद्रित घटकों के बगल में लचीले सब्सट्रेट्स 21, 22, 23 से जुड़े होते हैं। इस हाइब्रिड दृष्टिकोण में, यह अभी भी है अतिरिक्त प्रक्रियाओं का लाभ प्राप्त करने और सर्किट के समग्र लचीलेपन को बढ़ाने के लिए मुद्रित समकक्षों के साथ जितना संभव हो उतने एसएमटी घटकों को बदलना आवश्यक है। लचीली पावर इलेक्ट्रॉनिक्स का एहसास करने के लिए, हमने एसएमटी सक्रिय घटकों और स्क्रीन-मुद्रित निष्क्रिय के संयोजन का प्रस्ताव दिया है घटकों, भारी एसएमटी इंडक्टर्स को प्लेनर स्पाइरल इंडक्टर्स से बदलने पर विशेष जोर दिया गया है। मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण के लिए विभिन्न तकनीकों में से, स्क्रीन प्रिंटिंग अपनी बड़ी फिल्म मोटाई के कारण निष्क्रिय घटकों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है (जो धातु विशेषताओं की श्रृंखला प्रतिरोध को कम करने के लिए आवश्यक है) ) और उच्च मुद्रण गति, यहां तक ​​कि सेंटीमीटर-स्तर के क्षेत्रों को कवर करते समय भी यही बात कई बार सच होती है। सामग्री 24।
बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निष्क्रिय घटकों के नुकसान को कम किया जाना चाहिए, क्योंकि सर्किट की दक्षता सीधे सिस्टम को बिजली देने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा को प्रभावित करती है। यह लंबे कॉइल से बने मुद्रित प्रेरकों के लिए विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण है, जो इसलिए उच्च श्रृंखला के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं प्रतिरोध। इसलिए, हालांकि मुद्रित कॉइल्स के प्रतिरोध 25, 26, 27, 28 को कम करने के लिए कुछ प्रयास किए गए हैं, फिर भी बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए उच्च दक्षता वाले मुद्रित निष्क्रिय घटकों की कमी है। आज तक, कई ने मुद्रित निष्क्रिय की सूचना दी है लचीले सब्सट्रेट्स पर घटकों को रेडियो फ्रीक्वेंसी पहचान (आरएफआईडी) या ऊर्जा संचयन उद्देश्यों 10, 12, 25, 27, 28, 29, 30, 31 के लिए अनुनाद सर्किट में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। अन्य सामग्री या विनिर्माण प्रक्रिया विकास पर ध्यान केंद्रित करते हैं और सामान्य घटक दिखाते हैं 26, 32, 33, 34 जो विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित नहीं हैं। इसके विपरीत, वोल्टेज नियामक जैसे पावर इलेक्ट्रॉनिक सर्किट अक्सर विशिष्ट मुद्रित निष्क्रिय उपकरणों की तुलना में बड़े घटकों का उपयोग करते हैं और अनुनाद की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए विभिन्न घटक डिजाइन की आवश्यकता होती है।
यहां, हम पावर इलेक्ट्रॉनिक्स से संबंधित आवृत्तियों पर सबसे छोटी श्रृंखला प्रतिरोध और उच्च प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए μH रेंज में स्क्रीन-प्रिंटेड इंडक्टर्स के डिजाइन और अनुकूलन का परिचय देते हैं। विभिन्न घटक मूल्यों के साथ स्क्रीन-प्रिंटेड इंडक्टर्स, कैपेसिटर और प्रतिरोधक निर्मित होते हैं लचीले प्लास्टिक सबस्ट्रेट्स पर। लचीले इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के लिए इन घटकों की उपयुक्तता को पहली बार एक साधारण आरएलसी सर्किट में प्रदर्शित किया गया था। मुद्रित प्रारंभ करनेवाला और प्रतिरोधी को बूस्ट नियामक बनाने के लिए आईसी के साथ एकीकृत किया जाता है। अंत में, एक कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड (ओएलईडी) ) और एक लचीली लिथियम-आयन बैटरी का निर्माण किया जाता है, और बैटरी से OLED को बिजली देने के लिए एक वोल्टेज नियामक का उपयोग किया जाता है।
पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए मुद्रित इंडक्टर्स को डिजाइन करने के लिए, हमने सबसे पहले मोहन एट अल में प्रस्तावित वर्तमान शीट मॉडल के आधार पर प्रारंभ करनेवाला ज्यामिति की एक श्रृंखला के इंडक्शन और डीसी प्रतिरोध की भविष्यवाणी की। 35, और मॉडल की सटीकता की पुष्टि करने के लिए विभिन्न ज्यामिति के निर्मित प्रेरक। इस कार्य में, प्रारंभ करनेवाला के लिए एक गोलाकार आकार चुना गया था क्योंकि बहुभुज ज्यामिति की तुलना में कम प्रतिरोध के साथ एक उच्च प्रेरकत्व 36 प्राप्त किया जा सकता है। स्याही का प्रभाव प्रतिरोध पर मुद्रण चक्रों का प्रकार और संख्या निर्धारित की जाती है। इन परिणामों का उपयोग न्यूनतम डीसी प्रतिरोध के लिए अनुकूलित 4.7 μH और 7.8 μH इंडक्टर्स को डिजाइन करने के लिए एमीटर मॉडल के साथ किया गया था।
सर्पिल इंडक्टर्स के इंडक्शन और डीसी प्रतिरोध को कई मापदंडों द्वारा वर्णित किया जा सकता है: बाहरी व्यास, टर्न चौड़ाई डब्ल्यू और रिक्ति एस, टर्न की संख्या एन, और कंडक्टर शीट प्रतिरोध आरशीट। चित्र 1 ए एक सिल्क-स्क्रीन मुद्रित परिपत्र प्रारंभ करनेवाला की एक तस्वीर दिखाता है n = 12 के साथ, ज्यामितीय पैरामीटर दिखा रहा है जो इसके प्रेरकत्व को निर्धारित करता है। मोहन एट अल के एमीटर मॉडल के अनुसार। 35, प्रेरक ज्यामिति की एक श्रृंखला के लिए प्रेरकत्व की गणना की जाती है, जहां
(ए) ज्यामितीय मापदंडों को दर्शाने वाले स्क्रीन-प्रिंटेड प्रारंभकर्ता की एक तस्वीर। व्यास 3 सेमी है। विभिन्न प्रारंभ करनेवाला ज्यामिति का अधिष्ठापन (बी) और डीसी प्रतिरोध (सी)। रेखाएं और निशान क्रमशः गणना और मापा मूल्यों के अनुरूप हैं। (डी,ई) इंडक्टर्स एल1 और एल2 के डीसी प्रतिरोध क्रमशः ड्यूपॉन्ट 5028 और 5064एच सिल्वर स्याही से स्क्रीन पर मुद्रित होते हैं। (एफ,जी) फिल्म स्क्रीन के एसईएम माइक्रोग्राफ क्रमशः ड्यूपॉन्ट 5028 और 5064एच द्वारा मुद्रित होते हैं।
उच्च आवृत्तियों पर, त्वचा प्रभाव और परजीवी समाई इसके डीसी मान के अनुसार प्रारंभ करनेवाला के प्रतिरोध और अधिष्ठापन को बदल देगी। प्रारंभ करनेवाला से इतनी कम आवृत्ति पर काम करने की उम्मीद की जाती है कि ये प्रभाव नगण्य होते हैं, और डिवाइस एक स्थिर प्रेरक के रूप में व्यवहार करता है श्रृंखला में एक निरंतर प्रतिरोध के साथ। इसलिए, इस कार्य में, हमने ज्यामितीय मापदंडों, अधिष्ठापन और डीसी प्रतिरोध के बीच संबंधों का विश्लेषण किया, और सबसे छोटे डीसी प्रतिरोध के साथ दिए गए अधिष्ठापन को प्राप्त करने के लिए परिणामों का उपयोग किया।
इंडक्शन और प्रतिरोध की गणना ज्यामितीय मापदंडों की एक श्रृंखला के लिए की जाती है जिसे स्क्रीन प्रिंटिंग द्वारा महसूस किया जा सकता है, और यह उम्मीद की जाती है कि μH रेंज में इंडक्शन उत्पन्न किया जाएगा। 3 और 5 सेमी के बाहरी व्यास, 500 और 1000 माइक्रोन की लाइन चौड़ाई , और विभिन्न घुमावों की तुलना की जाती है। गणना में, यह माना जाता है कि शीट प्रतिरोध 47 mΩ/□ है, जो 400 जाल स्क्रीन और सेटिंग w = s के साथ मुद्रित 7 μm मोटी ड्यूपॉन्ट 5028 सिल्वर माइक्रोफ्लेक कंडक्टर परत से मेल खाती है। परिकलित अधिष्ठापन और प्रतिरोध मान क्रमशः चित्र 1बी और सी में दिखाए गए हैं। मॉडल भविष्यवाणी करता है कि बाहरी व्यास और घुमावों की संख्या बढ़ने या लाइन की चौड़ाई कम होने पर अधिष्ठापन और प्रतिरोध दोनों बढ़ते हैं।
मॉडल भविष्यवाणियों की सटीकता का मूल्यांकन करने के लिए, पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट (पीईटी) सब्सट्रेट पर विभिन्न ज्यामिति और इंडक्टेंस के इंडक्टर्स का निर्माण किया गया था। मापा इंडक्शन और प्रतिरोध मान चित्र 1 बी और सी में दिखाए गए हैं। हालांकि प्रतिरोध ने कुछ विचलन दिखाया अपेक्षित मूल्य, मुख्य रूप से जमा स्याही की मोटाई और एकरूपता में परिवर्तन के कारण, प्रेरण ने मॉडल के साथ बहुत अच्छा समझौता दिखाया।
इन परिणामों का उपयोग आवश्यक अधिष्ठापन और न्यूनतम डीसी प्रतिरोध के साथ एक प्रारंभ करनेवाला को डिजाइन करने के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, मान लें कि 2 μH के अधिष्ठापन की आवश्यकता है। चित्र 1 बी से पता चलता है कि इस अधिष्ठापन को 3 सेमी के बाहरी व्यास, एक लाइन चौड़ाई के साथ महसूस किया जा सकता है 500 μm का, और 10 मोड़। समान अधिष्ठापन 5 सेमी बाहरी व्यास, 500 μm लाइन चौड़ाई और 5 मोड़ या 1000 μm लाइन चौड़ाई और 7 मोड़ का उपयोग करके भी उत्पन्न किया जा सकता है (जैसा कि चित्र में दिखाया गया है)। इन तीनों के प्रतिरोधों की तुलना करें चित्र 1सी में संभावित ज्यामिति, यह पाया जा सकता है कि 1000 μm की लाइन चौड़ाई के साथ 5 सेमी प्रारंभ करनेवाला का सबसे कम प्रतिरोध 34 Ω है, जो अन्य दो की तुलना में लगभग 40% कम है। किसी दिए गए अधिष्ठापन को प्राप्त करने के लिए सामान्य डिजाइन प्रक्रिया न्यूनतम प्रतिरोध के साथ संक्षेप में निम्नानुसार है: सबसे पहले, एप्लिकेशन द्वारा लगाए गए स्थान की कमी के अनुसार अधिकतम स्वीकार्य बाहरी व्यास का चयन करें। फिर, उच्च भरण दर प्राप्त करने के लिए आवश्यक प्रेरण प्राप्त करते समय लाइन की चौड़ाई जितनी संभव हो उतनी बड़ी होनी चाहिए। (समीकरण (3)).
धातु फिल्म के शीट प्रतिरोध को कम करने के लिए मोटाई बढ़ाकर या उच्च चालकता वाली सामग्री का उपयोग करके, डीसी प्रतिरोध को अधिष्ठापन को प्रभावित किए बिना और कम किया जा सकता है। दो प्रेरक, जिनके ज्यामितीय पैरामीटर तालिका 1 में दिए गए हैं, जिन्हें एल 1 और एल 2 कहा जाता है, प्रतिरोध में परिवर्तन का मूल्यांकन करने के लिए अलग-अलग संख्या में कोटिंग्स के साथ निर्मित किया जाता है। जैसे-जैसे स्याही कोटिंग्स की संख्या बढ़ती है, प्रतिरोध अपेक्षित रूप से आनुपातिक रूप से कम हो जाता है, जैसा कि आंकड़े 1 डी और ई में दिखाया गया है, जो क्रमशः प्रेरक एल 1 और एल 2 हैं। आंकड़े 1 डी और ई दिखाएँ कि कोटिंग की 6 परतें लगाने से, प्रतिरोध को 6 गुना तक कम किया जा सकता है, और प्रतिरोध में अधिकतम कमी (50-65%) परत 1 और परत 2 के बीच होती है। चूँकि स्याही की प्रत्येक परत अपेक्षाकृत पतली होती है, इसलिए इन इंडक्टर्स को प्रिंट करने के लिए अपेक्षाकृत छोटे ग्रिड आकार (400 लाइन प्रति इंच) वाली स्क्रीन का उपयोग किया जाता है, जो हमें प्रतिरोध पर कंडक्टर की मोटाई के प्रभाव का अध्ययन करने की अनुमति देता है। जब तक पैटर्न की विशेषताएं ग्रिड के न्यूनतम रिज़ॉल्यूशन से बड़ी रहती हैं, तब तक ए समान मोटाई (और प्रतिरोध) को बड़े ग्रिड आकार के साथ कम संख्या में कोटिंग्स प्रिंट करके तेजी से प्राप्त किया जा सकता है। इस विधि का उपयोग यहां चर्चा किए गए 6-लेपित प्रारंभकर्ता के समान डीसी प्रतिरोध प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है, लेकिन उच्च उत्पादन गति के साथ।
आंकड़े 1डी और ई यह भी दिखाते हैं कि अधिक प्रवाहकीय सिल्वर फ्लेक स्याही ड्यूपॉन्ट 5064एच का उपयोग करने से प्रतिरोध दो गुना कम हो जाता है। दो स्याही (चित्रा 1एफ, जी) के साथ मुद्रित फिल्मों के एसईएम माइक्रोग्राफ से, यह हो सकता है देखा गया कि 5028 स्याही की कम चालकता उसके छोटे कण आकार और मुद्रित फिल्म में कणों के बीच कई रिक्तियों की उपस्थिति के कारण है। दूसरी ओर, 5064H में बड़े, अधिक बारीकी से व्यवस्थित गुच्छे हैं, जिससे यह थोक के करीब व्यवहार करता है चांदी। हालांकि इस स्याही द्वारा निर्मित फिल्म 5028 स्याही की तुलना में पतली है, जिसमें 4 μm की एक परत और 22 μm की 6 परतें हैं, चालकता में वृद्धि समग्र प्रतिरोध को कम करने के लिए पर्याप्त है।
अंत में, यद्यपि अधिष्ठापन (समीकरण (1)) घुमावों की संख्या (w + s) पर निर्भर करता है, प्रतिरोध (समीकरण (5)) केवल लाइन चौड़ाई w पर निर्भर करता है। इसलिए, s के सापेक्ष w बढ़ाकर, प्रतिरोध इसे और कम किया जा सकता है। दो अतिरिक्त इंडक्टर्स L3 और L4 को w = 2s और एक बड़े बाहरी व्यास के लिए डिज़ाइन किया गया है, जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है। इन इंडक्टर्स को ड्यूपॉन्ट 5064H कोटिंग की 6 परतों के साथ निर्मित किया गया है, जैसा कि पहले दिखाया गया है, प्रदान करने के लिए उच्चतम प्रदर्शन। L3 का अधिष्ठापन 4.720 ± 0.002 μH है और प्रतिरोध 4.9 ± 0.1 Ω है, जबकि L4 का अधिष्ठापन 7.839 ± 0.005 μH और 6.9 ± 0.1 Ω है, जो मॉडल भविष्यवाणी के साथ अच्छे समझौते में हैं। मोटाई, चालकता और डब्ल्यू/एस में वृद्धि, इसका मतलब है कि एल/आर अनुपात चित्र 1 में मूल्य के सापेक्ष परिमाण के एक क्रम से अधिक बढ़ गया है।
यद्यपि कम डीसी प्रतिरोध आशाजनक है, केएचजेड-मेगाहर्ट्ज रेंज में संचालित होने वाले बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए इंडक्टर्स की उपयुक्तता का मूल्यांकन करने के लिए एसी आवृत्तियों पर लक्षण वर्णन की आवश्यकता होती है। चित्रा 2 ए एल 3 और एल 4 के प्रतिरोध और प्रतिक्रिया की आवृत्ति निर्भरता दिखाता है। 10 मेगाहर्ट्ज से नीचे आवृत्तियों के लिए , प्रतिरोध अपने डीसी मान पर लगभग स्थिर रहता है, जबकि प्रतिक्रिया आवृत्ति के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है, जिसका अर्थ है कि प्रेरण अपेक्षा के अनुरूप स्थिर है। स्व-गुंजयमान आवृत्ति को उस आवृत्ति के रूप में परिभाषित किया जाता है जिस पर प्रतिबाधा प्रेरक से कैपेसिटिव में बदल जाती है, L3 35.6 ± 0.3 MHz है और L4 24.3 ± 0.6 MHz है। गुणवत्ता कारक Q की आवृत्ति निर्भरता (ωL/R के बराबर) चित्र 2b में दिखाई गई है। L3 और L4 35 ± 1 और 33 ± 1 के अधिकतम गुणवत्ता कारक प्राप्त करते हैं। क्रमशः 11 और 16 मेगाहर्ट्ज की आवृत्तियों पर। कुछ μH का अधिष्ठापन और मेगाहर्ट्ज आवृत्तियों पर अपेक्षाकृत उच्च Q इन इंडक्टर्स को कम-शक्ति डीसी-डीसी कनवर्टर्स में पारंपरिक सतह-माउंट इंडक्टर्स को बदलने के लिए पर्याप्त बनाता है।
प्रेरकों L3 और L4 का मापा प्रतिरोध R और प्रतिक्रिया X (a) और गुणवत्ता कारक Q (b) आवृत्ति से संबंधित हैं।
किसी दिए गए कैपेसिटेंस के लिए आवश्यक पदचिह्न को कम करने के लिए, बड़े विशिष्ट कैपेसिटेंस के साथ कैपेसिटर तकनीक का उपयोग करना सबसे अच्छा है, जो ढांकता हुआ स्थिरांक ε के बराबर होता है जो ढांकता हुआ की मोटाई से विभाजित होता है। इस काम में, हमने बेरियम टाइटेनेट कंपोजिट को चुना ढांकता हुआ के रूप में क्योंकि इसमें अन्य समाधान-संसाधित कार्बनिक डाइलेक्ट्रिक्स की तुलना में अधिक ईपीएसलॉन होता है। ढांकता हुआ परत धातु-ढांकता हुआ-धातु संरचना बनाने के लिए दो चांदी के कंडक्टरों के बीच स्क्रीन मुद्रित होती है। सेंटीमीटर में विभिन्न आकारों के कैपेसिटर, जैसा कि चित्र 3 ए में दिखाया गया है , अच्छी उपज बनाए रखने के लिए ढांकता हुआ स्याही की दो या तीन परतों का उपयोग करके निर्मित किया जाता है। चित्रा 3 बी ढांकता हुआ की दो परतों से बने एक प्रतिनिधि संधारित्र का एक क्रॉस-अनुभागीय एसईएम माइक्रोग्राफ दिखाता है, जिसमें 21 माइक्रोन की कुल ढांकता हुआ मोटाई होती है। ऊपर और नीचे इलेक्ट्रोड क्रमशः एक-परत और छह-परत 5064H हैं। SEM छवि में माइक्रोन आकार के बेरियम टाइटेनेट कण दिखाई देते हैं क्योंकि चमकीले क्षेत्र गहरे कार्बनिक बाइंडर से घिरे होते हैं। ढांकता हुआ स्याही नीचे के इलेक्ट्रोड को अच्छी तरह से गीला कर देती है और इसके साथ एक स्पष्ट इंटरफ़ेस बनाती है मुद्रित धातु फिल्म, जैसा कि उच्च आवर्धन के साथ चित्रण में दिखाया गया है।
(ए) पांच अलग-अलग क्षेत्रों के साथ एक संधारित्र की एक तस्वीर। (बी) ढांकता हुआ की दो परतों के साथ एक संधारित्र का क्रॉस-अनुभागीय एसईएम माइक्रोग्राफ, बेरियम टाइटेनेट ढांकता हुआ और चांदी इलेक्ट्रोड दिखा रहा है। (सी) 2 और 3 बेरियम टाइटेनेट के साथ कैपेसिटर की कैपेसिटेंस ढांकता हुआ परतें और विभिन्न क्षेत्र, 1 मेगाहर्ट्ज पर मापा जाता है। (डी) ढांकता हुआ कोटिंग और आवृत्ति की 2 परतों के साथ 2.25 सेमी2 संधारित्र की धारिता, ईएसआर और हानि कारक के बीच संबंध।
धारिता अपेक्षित क्षेत्र के समानुपाती होती है. जैसा कि चित्र 3c में दिखाया गया है, दो-परत ढांकता हुआ की विशिष्ट धारिता 0.53 nF/cm2 है, और तीन-परत ढांकता हुआ की विशिष्ट धारिता 0.33 nF/cm2 है। ये मान 13 के ढांकता हुआ स्थिरांक के अनुरूप हैं। कैपेसिटेंस और अपव्यय कारक (डीएफ) को भी अलग-अलग आवृत्तियों पर मापा गया, जैसा कि ढांकता हुआ की दो परतों के साथ 2.25 सेमी 2 कैपेसिटर के लिए चित्र 3 डी में दिखाया गया है। हमने पाया कि ब्याज की आवृत्ति रेंज में कैपेसिटेंस अपेक्षाकृत सपाट था, जो 20% बढ़ रहा था। 1 से 10 मेगाहर्ट्ज तक, जबकि उसी रेंज में, डीएफ 0.013 से बढ़कर 0.023 हो गया। चूंकि अपव्यय कारक प्रत्येक एसी चक्र में संग्रहीत ऊर्जा के लिए ऊर्जा हानि का अनुपात है, 0.02 के डीएफ का मतलब है कि संभाली गई बिजली का 2% संधारित्र द्वारा खपत की जाती है। यह नुकसान आम तौर पर संधारित्र के साथ श्रृंखला में जुड़े आवृत्ति-निर्भर समतुल्य श्रृंखला प्रतिरोध (ईएसआर) के रूप में व्यक्त किया जाता है, जो डीएफ/ωC के बराबर है। जैसा कि चित्र 3डी में दिखाया गया है, 1 मेगाहर्ट्ज से अधिक आवृत्तियों के लिए, ईएसआर 1.5 Ω से कम है, और 4 मेगाहर्ट्ज से अधिक आवृत्तियों के लिए, ईएसआर 0.5 Ω से कम है। हालांकि इस कैपेसिटर तकनीक का उपयोग करते हुए, डीसी-डीसी कनवर्टर्स के लिए आवश्यक μF-श्रेणी कैपेसिटर को बहुत बड़े क्षेत्र की आवश्यकता होती है, लेकिन 100 पीएफ- एनएफ कैपेसिटेंस रेंज और इन कैपेसिटर्स का कम नुकसान उन्हें अन्य अनुप्रयोगों जैसे फिल्टर और अनुनाद सर्किट के लिए उपयुक्त बनाता है। कैपेसिटेंस को बढ़ाने के लिए विभिन्न तरीकों का उपयोग किया जा सकता है। एक उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक विशिष्ट कैपेसिटेंस 37 को बढ़ाता है; उदाहरण के लिए, इसे स्याही में बेरियम टाइटेनेट कणों की सांद्रता बढ़ाकर प्राप्त किया जा सकता है। एक छोटी ढांकता हुआ मोटाई का उपयोग किया जा सकता है, हालांकि इसके लिए स्क्रीन-प्रिंटेड सिल्वर फ्लेक की तुलना में कम खुरदरापन वाले निचले इलेक्ट्रोड की आवश्यकता होती है। पतला, कम खुरदरापन वाला संधारित्र परतों को इंकजेट प्रिंटिंग 31 या ग्रेव्योर प्रिंटिंग 10 द्वारा जमा किया जा सकता है, जिसे स्क्रीन प्रिंटिंग प्रक्रिया के साथ जोड़ा जा सकता है। अंत में, धातु और ढांकता हुआ की कई वैकल्पिक परतों को ढेर किया जा सकता है और मुद्रित किया जा सकता है और समानांतर में जोड़ा जा सकता है, जिससे कैपेसिटेंस 34 प्रति यूनिट क्षेत्र बढ़ जाता है .
प्रतिरोधों की एक जोड़ी से बना एक वोल्टेज विभक्त आमतौर पर वोल्टेज नियामक के फीडबैक नियंत्रण के लिए आवश्यक वोल्टेज माप करने के लिए उपयोग किया जाता है। इस प्रकार के अनुप्रयोग के लिए, मुद्रित प्रतिरोधी का प्रतिरोध kΩ-MΩ रेंज में होना चाहिए, और बीच का अंतर उपकरण छोटा है। यहां, यह पाया गया कि सिंगल-लेयर स्क्रीन-प्रिंटेड कार्बन स्याही का शीट प्रतिरोध 900 Ω/□ था। इस जानकारी का उपयोग दो रैखिक प्रतिरोधों (आर 1 और आर 2) और एक सर्पेंटाइन प्रतिरोधी (आर 3) को डिजाइन करने के लिए किया जाता है। ) 10 kΩ, 100 kΩ, और 1.5 MΩ के नाममात्र प्रतिरोधों के साथ। नाममात्र मूल्यों के बीच प्रतिरोध स्याही की दो या तीन परतों को मुद्रित करके प्राप्त किया जाता है, जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है, और तीन प्रतिरोधों की तस्वीरें। 8 बनाएं- प्रत्येक प्रकार के 12 नमूने; सभी मामलों में, प्रतिरोध का मानक विचलन 10% या उससे कम है। कोटिंग की दो या तीन परतों वाले नमूनों का प्रतिरोध परिवर्तन कोटिंग की एक परत वाले नमूनों की तुलना में थोड़ा छोटा होता है। मापा प्रतिरोध में छोटा परिवर्तन और नाममात्र मूल्य के साथ घनिष्ठ समझौते से संकेत मिलता है कि इस सीमा में अन्य प्रतिरोध सीधे प्रतिरोधी ज्यामिति को संशोधित करके प्राप्त किए जा सकते हैं।
कार्बन प्रतिरोधी स्याही कोटिंग्स की विभिन्न संख्या के साथ तीन अलग-अलग प्रतिरोधी ज्यामिति। तीन प्रतिरोधों की तस्वीरें दाईं ओर दिखाई गई हैं।
आरएलसी सर्किट अवरोधक, प्रारंभ करनेवाला और कैपेसिटर संयोजनों के क्लासिक पाठ्यपुस्तक उदाहरण हैं जिनका उपयोग वास्तविक मुद्रित सर्किट में एकीकृत निष्क्रिय घटकों के व्यवहार को प्रदर्शित करने और सत्यापित करने के लिए किया जाता है। इस सर्किट में, एक 8 μH प्रारंभ करनेवाला और एक 0.8 nF कैपेसिटर श्रृंखला में जुड़े हुए हैं, और एक 25 kΩ अवरोधक उनके साथ समानांतर में जुड़ा हुआ है। लचीले सर्किट की तस्वीर चित्र 5a में दिखाई गई है। इस विशेष श्रृंखला-समानांतर संयोजन को चुनने का कारण यह है कि इसका व्यवहार तीन अलग-अलग आवृत्ति घटकों में से प्रत्येक द्वारा निर्धारित किया जाता है, ताकि प्रत्येक घटक के प्रदर्शन को हाइलाइट और मूल्यांकन किया जा सकता है। प्रारंभ करनेवाला के 7 Ω श्रृंखला प्रतिरोध और संधारित्र के 1.3 Ω ईएसआर को ध्यान में रखते हुए, सर्किट की अपेक्षित आवृत्ति प्रतिक्रिया की गणना की गई थी। सर्किट आरेख चित्र 5 बी में दिखाया गया है, और गणना की गई है प्रतिबाधा आयाम और चरण और मापा मान चित्र 5c और d में दिखाए गए हैं। कम आवृत्तियों पर, संधारित्र की उच्च प्रतिबाधा का मतलब है कि सर्किट का व्यवहार 25 kΩ अवरोधक द्वारा निर्धारित होता है। जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, प्रतिबाधा एलसी पथ घट जाता है; संपूर्ण सर्किट व्यवहार तब तक कैपेसिटिव होता है जब तक कि गुंजयमान आवृत्ति 2.0 मेगाहर्ट्ज न हो। अनुनाद आवृत्ति के ऊपर, आगमनात्मक प्रतिबाधा हावी होती है। चित्र 5 स्पष्ट रूप से संपूर्ण आवृत्ति रेंज में गणना और मापा मूल्यों के बीच उत्कृष्ट समझौते को दर्शाता है। इसका मतलब है कि मॉडल का उपयोग किया गया है यहां (जहां इंडक्टर्स और कैपेसिटर श्रृंखला प्रतिरोध के साथ आदर्श घटक हैं) इन आवृत्तियों पर सर्किट व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए सटीक है।
(ए) एक स्क्रीन-मुद्रित आरएलसी सर्किट की एक तस्वीर जो 25 kΩ अवरोधक के समानांतर में 8 μH प्रारंभ करनेवाला और 0.8 एनएफ संधारित्र के श्रृंखला संयोजन का उपयोग करती है। (बी) प्रारंभ करनेवाला और संधारित्र के श्रृंखला प्रतिरोध सहित सर्किट मॉडल। (सी) ,डी) सर्किट का प्रतिबाधा आयाम (सी) और चरण (डी)।
अंत में, मुद्रित इंडक्टर्स और रेसिस्टर्स को बूस्ट रेगुलेटर में लागू किया जाता है। इस प्रदर्शन में उपयोग की जाने वाली IC माइक्रोचिप MCP1640B14 है, जो 500 kHz की ऑपरेटिंग आवृत्ति के साथ एक PWM-आधारित सिंक्रोनस बूस्ट रेगुलेटर है। सर्किट आरेख चित्र 6a.A में दिखाया गया है 4.7 μH प्रारंभ करनेवाला और दो कैपेसिटर (4.7 μF और 10 μF) का उपयोग ऊर्जा भंडारण तत्वों के रूप में किया जाता है, और प्रतिरोधों की एक जोड़ी का उपयोग फीडबैक नियंत्रण के आउटपुट वोल्टेज को मापने के लिए किया जाता है। आउटपुट वोल्टेज को 5 V पर समायोजित करने के लिए प्रतिरोध मान का चयन करें। सर्किट पीसीबी पर निर्मित होता है, और इसका प्रदर्शन विभिन्न चार्जिंग स्थितियों में लिथियम-आयन बैटरी को अनुकरण करने के लिए लोड प्रतिरोध और 3 से 4 वी के इनपुट वोल्टेज रेंज के भीतर मापा जाता है। मुद्रित प्रेरक और प्रतिरोधकों की दक्षता की तुलना की जाती है एसएमटी इंडक्टर्स और रेसिस्टर्स की दक्षता। एसएमटी कैपेसिटर का उपयोग सभी मामलों में किया जाता है क्योंकि इस एप्लिकेशन के लिए आवश्यक कैपेसिटेंस मुद्रित कैपेसिटर के साथ पूरा करने के लिए बहुत बड़ा है।
(ए) वोल्टेज स्थिरीकरण सर्किट का आरेख। (बी-डी) (बी) वाउट, (सी) वीएसडब्ल्यू, और (डी) प्रारंभ करनेवाला में प्रवाहित धारा के तरंग रूप, इनपुट वोल्टेज 4.0 वी है, लोड प्रतिरोध 1 kΩ है, और मुद्रित प्रारंभ करनेवाला को मापने के लिए उपयोग किया जाता है। इस माप के लिए सतह माउंट प्रतिरोधक और कैपेसिटर का उपयोग किया जाता है। (ई) विभिन्न लोड प्रतिरोधों और इनपुट वोल्टेज के लिए, सभी सतह माउंट घटकों और मुद्रित प्रेरक और प्रतिरोधकों का उपयोग करके वोल्टेज नियामक सर्किट की दक्षता। (एफ) ) सतह माउंट और मुद्रित सर्किट का दक्षता अनुपात (ई) में दिखाया गया है।
4.0 वी इनपुट वोल्टेज और 1000 Ω लोड प्रतिरोध के लिए, मुद्रित इंडक्टर्स का उपयोग करके मापे गए तरंगों को चित्र 6 बी-डी में दिखाया गया है। चित्र 6 सी आईसी के वीएसडब्ल्यू टर्मिनल पर वोल्टेज दिखाता है; प्रारंभ करनेवाला वोल्टेज विन-वीएसडब्ल्यू है। चित्र 6डी प्रारंभ करनेवाला में प्रवाहित होने वाली धारा को दर्शाता है। एसएमटी और मुद्रित घटकों के साथ सर्किट की दक्षता चित्र 6e में इनपुट वोल्टेज और लोड प्रतिरोध के एक फ़ंक्शन के रूप में दिखाई गई है, और चित्र 6f दक्षता अनुपात दिखाता है एसएमटी घटकों के लिए मुद्रित घटकों की। एसएमटी घटकों का उपयोग करके मापी गई दक्षता निर्माता की डेटा शीट 14 में दिए गए अपेक्षित मूल्य के समान है। उच्च इनपुट वर्तमान (कम लोड प्रतिरोध और कम इनपुट वोल्टेज) पर, मुद्रित प्रेरकों की दक्षता काफी कम है उच्च श्रृंखला प्रतिरोध के कारण एसएमटी इंडक्टर्स का। हालांकि, उच्च इनपुट वोल्टेज और उच्च आउटपुट करंट के साथ, प्रतिरोध हानि कम महत्वपूर्ण हो जाती है, और मुद्रित इंडक्टर्स का प्रदर्शन एसएमटी इंडक्टर्स के करीब पहुंचना शुरू हो जाता है। लोड प्रतिरोधों के लिए> 500 Ω और विन = 4.0 वी या >750 Ω और विन = 3.5 वी, मुद्रित प्रेरकों की दक्षता एसएमटी प्रेरकों की 85% से अधिक है।
मापी गई बिजली हानि के साथ चित्र 6d में वर्तमान तरंग की तुलना करने से पता चलता है कि प्रारंभ करनेवाला में प्रतिरोध हानि मुद्रित सर्किट और एसएमटी सर्किट के बीच दक्षता में अंतर का मुख्य कारण है, जैसा कि अपेक्षित था। इनपुट और आउटपुट पावर 4.0 V पर मापी गई एसएमटी घटकों वाले सर्किट के लिए इनपुट वोल्टेज और 1000 Ω लोड प्रतिरोध 30.4 मेगावाट और 25.8 मेगावाट है, और मुद्रित घटकों वाले सर्किट के लिए 33.1 मेगावाट और 25.2 मेगावाट है। इसलिए, मुद्रित सर्किट का नुकसान 7.9 मेगावाट है, जो कि 3.4 मेगावाट से अधिक है। एसएमटी घटकों के साथ सर्किट। चित्र 6डी में तरंगरूप से गणना की गई आरएमएस प्रारंभकर्ता धारा 25.6 एमए है। चूंकि इसकी श्रृंखला प्रतिरोध 4.9 Ω है, अपेक्षित बिजली हानि 3.2 मेगावाट है। यह मापा 3.4 मेगावाट डीसी बिजली अंतर का 96% है। इसके अलावा, सर्किट मुद्रित प्रेरक और मुद्रित प्रतिरोधक और मुद्रित प्रेरक और एसएमटी प्रतिरोधक के साथ निर्मित होता है, और उनके बीच कोई महत्वपूर्ण दक्षता अंतर नहीं देखा गया है।
फिर वोल्टेज रेगुलेटर को लचीले पीसीबी पर तैयार किया जाता है (सर्किट की प्रिंटिंग और एसएमटी घटक का प्रदर्शन पूरक चित्र एस 1 में दिखाया गया है) और बिजली स्रोत के रूप में लचीली लिथियम-आयन बैटरी और लोड के रूप में ओएलईडी सरणी के बीच जुड़ा हुआ है। लोचनर एट अल के अनुसार। 9 OLEDs के निर्माण के लिए, प्रत्येक OLED पिक्सेल 5 V पर 0.6 mA की खपत करता है। बैटरी क्रमशः कैथोड और एनोड के रूप में लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड और ग्रेफाइट का उपयोग करती है, और डॉक्टर ब्लेड कोटिंग द्वारा निर्मित होती है, जो सबसे आम बैटरी प्रिंटिंग विधि है।7 बैटरी की क्षमता 16mAh है, और परीक्षण के दौरान वोल्टेज 4.0V है। चित्र 7 लचीले पीसीबी पर सर्किट की एक तस्वीर दिखाता है, जो समानांतर में जुड़े तीन OLED पिक्सल को शक्ति प्रदान करता है। प्रदर्शन ने मुद्रित पावर घटकों को अन्य के साथ एकीकृत करने की क्षमता का प्रदर्शन किया अधिक जटिल इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम बनाने के लिए लचीले और जैविक उपकरण।
मुद्रित इंडक्टर्स और रेसिस्टर्स का उपयोग करके लचीले पीसीबी पर वोल्टेज नियामक सर्किट की एक तस्वीर, तीन कार्बनिक एलईडी को बिजली देने के लिए लचीली लिथियम-आयन बैटरी का उपयोग करना।
हमने बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में सतह माउंट घटकों को बदलने के लक्ष्य के साथ, लचीले पीईटी सब्सट्रेट्स पर मूल्यों की एक श्रृंखला के साथ स्क्रीन मुद्रित इंडक्टर्स, कैपेसिटर और प्रतिरोधक दिखाए हैं। हमने दिखाया है कि एक बड़े व्यास के साथ एक सर्पिल डिजाइन करके, भरने की दर , और लाइन चौड़ाई-स्थान चौड़ाई अनुपात, और कम-प्रतिरोध स्याही की एक मोटी परत का उपयोग करके। ये घटक पूरी तरह से मुद्रित और लचीले आरएलसी सर्किट में एकीकृत होते हैं और kHz-मेगाहर्ट्ज आवृत्ति रेंज में पूर्वानुमानित विद्युत व्यवहार प्रदर्शित करते हैं, जो कि सबसे बड़ा है पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में रुचि।
मुद्रित पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए विशिष्ट उपयोग के मामले पहनने योग्य या उत्पाद-एकीकृत लचीले इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम हैं, जो लचीली रिचार्जेबल बैटरी (जैसे लिथियम-आयन) द्वारा संचालित होते हैं, जो चार्ज की स्थिति के अनुसार परिवर्तनीय वोल्टेज उत्पन्न कर सकते हैं। यदि लोड (प्रिंटिंग और सहित) ऑर्गेनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण) को निरंतर वोल्टेज या बैटरी द्वारा आउटपुट वोल्टेज से अधिक की आवश्यकता होती है, एक वोल्टेज नियामक की आवश्यकता होती है। इस कारण से, ओएलईडी को निरंतर वोल्टेज के साथ बिजली देने के लिए मुद्रित इंडक्टर्स और रेसिस्टर्स को पारंपरिक सिलिकॉन आईसी के साथ एक बूस्ट रेगुलेटर में एकीकृत किया जाता है। एक परिवर्तनीय वोल्टेज बैटरी बिजली की आपूर्ति से 5 वी की। लोड वर्तमान और इनपुट वोल्टेज की एक निश्चित सीमा के भीतर, इस सर्किट की दक्षता सतह माउंट इंडक्टर्स और प्रतिरोधकों का उपयोग करके नियंत्रण सर्किट की दक्षता का 85% से अधिक है। सामग्री और ज्यामितीय अनुकूलन के बावजूद, प्रारंभ करनेवाला में प्रतिरोधक नुकसान अभी भी उच्च वर्तमान स्तर (लगभग 10 एमए से अधिक इनपुट वर्तमान) पर सर्किट प्रदर्शन के लिए सीमित कारक हैं। हालांकि, कम धाराओं पर, प्रारंभ करनेवाला में नुकसान कम हो जाता है, और समग्र प्रदर्शन दक्षता द्वारा सीमित होता है चूंकि कई मुद्रित और कार्बनिक उपकरणों को अपेक्षाकृत कम धाराओं की आवश्यकता होती है, जैसे कि हमारे प्रदर्शन में उपयोग किए जाने वाले छोटे ओएलईडी, मुद्रित पावर इंडक्टर्स को ऐसे अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त माना जा सकता है। निम्न वर्तमान स्तरों पर उच्चतम दक्षता रखने के लिए डिज़ाइन किए गए आईसी का उपयोग करके, उच्चतर समग्र कनवर्टर दक्षता प्राप्त की जा सकती है।
इस कार्य में, वोल्टेज नियामक पारंपरिक पीसीबी, लचीले पीसीबी और सतह माउंट घटक सोल्डरिंग तकनीक पर बनाया गया है, जबकि मुद्रित घटक एक अलग सब्सट्रेट पर निर्मित होता है। हालांकि, स्क्रीन का उत्पादन करने के लिए कम तापमान और उच्च-चिपचिपापन स्याही का उपयोग किया जाता है- मुद्रित फिल्मों को निष्क्रिय घटकों, साथ ही डिवाइस और सतह माउंट घटक संपर्क पैड के बीच अंतरसंबंध को किसी भी सब्सट्रेट पर मुद्रित करने की अनुमति देनी चाहिए। यह, सतह माउंट घटकों के लिए मौजूदा कम तापमान प्रवाहकीय चिपकने वाले के उपयोग के साथ मिलकर, अनुमति देगा पूरे सर्किट को पीसीबी नक़्क़ाशी जैसी घटिया प्रक्रियाओं की आवश्यकता के बिना सस्ती सब्सट्रेट्स (जैसे पीईटी) पर बनाया जाना चाहिए। इसलिए, इस काम में विकसित स्क्रीन-मुद्रित निष्क्रिय घटक लचीली इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों के लिए मार्ग प्रशस्त करने में मदद करते हैं जो ऊर्जा और भार को एकीकृत करते हैं उच्च-प्रदर्शन पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ, सस्ते सब्सट्रेट्स का उपयोग करते हुए, मुख्य रूप से एडिटिव प्रक्रियाएं और सतह माउंट घटकों की न्यूनतम संख्या।
Asys ASP01M स्क्रीन प्रिंटर और डायनामेश इंक द्वारा प्रदान की गई एक स्टेनलेस स्टील स्क्रीन का उपयोग करके, निष्क्रिय घटकों की सभी परतों को 76 माइक्रोन की मोटाई के साथ एक लचीले पीईटी सब्सट्रेट पर स्क्रीन प्रिंट किया गया था। धातु की परत का जाल आकार 400 लाइन प्रति इंच और 250 है ढांकता हुआ परत और प्रतिरोध परत के लिए प्रति इंच लाइनें। 55 एन की एक स्क्वीजी बल, 60 मिमी/सेकेंड की मुद्रण गति, 1.5 मिमी की ब्रेकिंग दूरी और 65 की कठोरता के साथ एक सेरिलोर स्क्वीजी का उपयोग करें (धातु और प्रतिरोधी के लिए) परतें) या स्क्रीन प्रिंटिंग के लिए 75 (ढांकता हुआ परतों के लिए)।
प्रवाहकीय परतें - इंडक्टर्स और कैपेसिटर और रेसिस्टर्स के संपर्क - ड्यूपॉन्ट 5082 या ड्यूपॉन्ट 5064H सिल्वर माइक्रोफ्लेक स्याही से मुद्रित होते हैं। रोकनेवाला ड्यूपॉन्ट 7082 कार्बन कंडक्टर के साथ मुद्रित होता है। कैपेसिटर ढांकता हुआ के लिए, प्रवाहकीय यौगिक बीटी -101 बेरियम टाइटेनेट ढांकता हुआ फिल्म की एकरूपता में सुधार करने के लिए ढांकता हुआ की प्रत्येक परत को दो-पास (गीला-गीला) मुद्रण चक्र का उपयोग करके उत्पादित किया जाता है। प्रत्येक घटक के लिए, घटक प्रदर्शन और परिवर्तनशीलता पर कई मुद्रण चक्रों के प्रभाव की जांच की गई। नमूने बनाए गए एक ही सामग्री की कई कोटिंग्स को कोटिंग्स के बीच 2 मिनट के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर सुखाया गया। प्रत्येक सामग्री के अंतिम कोट को लगाने के बाद, नमूनों को पूरी तरह सूखने के लिए 10 मिनट के लिए 140 डिग्री सेल्सियस पर बेक किया गया। स्क्रीन का स्वचालित संरेखण कार्य प्रिंटर का उपयोग बाद की परतों को संरेखित करने के लिए किया जाता है। प्रारंभ करनेवाला के केंद्र के साथ संपर्क को ड्यूपॉन्ट 5064H स्याही के साथ सब्सट्रेट के पीछे केंद्र पैड और स्टैंसिल प्रिंटिंग निशान पर एक छेद काटकर प्राप्त किया जाता है। प्रिंटिंग उपकरणों के बीच इंटरकनेक्शन भी ड्यूपॉन्ट का उपयोग करता है 5064एच स्टेंसिल प्रिंटिंग। चित्र 7 में दिखाए गए लचीले पीसीबी पर मुद्रित घटकों और एसएमटी घटकों को प्रदर्शित करने के लिए, मुद्रित घटकों को सर्किट वर्क्स सीडब्ल्यू2400 प्रवाहकीय एपॉक्सी का उपयोग करके जोड़ा जाता है, और एसएमटी घटकों को पारंपरिक सोल्डरिंग द्वारा जोड़ा जाता है।
लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड (LCO) और ग्रेफाइट-आधारित इलेक्ट्रोड का उपयोग क्रमशः बैटरी के कैथोड और एनोड के रूप में किया जाता है। कैथोड घोल 80% LCO (MTI Corp.), 7.5% ग्रेफाइट (KS6, टिमकल), 2.5 का मिश्रण है। % कार्बन ब्लैक (सुपर पी, टिमकल) और 10% पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड (पीवीडीएफ, कुरेहा कॉर्प)। ) एनोड 84wt% ग्रेफाइट, 4wt% कार्बन ब्लैक और 13wt% PVDF का मिश्रण है। N-मिथाइल-2-पाइरोलिडोन (NMP, सिग्मा एल्ड्रिच) का उपयोग PVDF बाइंडर को भंग करने और घोल को फैलाने के लिए किया जाता है। घोल को समरूप बनाया गया था रात भर भंवर मिक्सर के साथ हिलाते रहें। कैथोड और एनोड के लिए क्रमशः 0.0005 इंच मोटी स्टेनलेस स्टील फ़ॉइल और 10 μm निकल फ़ॉइल का उपयोग वर्तमान कलेक्टर के रूप में किया जाता है। स्याही को 20 की मुद्रण गति पर स्क्वीजी के साथ वर्तमान कलेक्टर पर मुद्रित किया जाता है। मिमी/सेकेंड। विलायक को हटाने के लिए इलेक्ट्रोड को 2 घंटे के लिए ओवन में 80 डिग्री सेल्सियस पर गर्म करें। सूखने के बाद इलेक्ट्रोड की ऊंचाई लगभग 60 माइक्रोन है, और सक्रिय सामग्री के वजन के आधार पर, सैद्धांतिक क्षमता 1.65 एमएएच है /सेमी2। इलेक्ट्रोड को 1.3 × 1.3 सेमी2 के आयामों में काटा गया और रात भर 140 डिग्री सेल्सियस पर वैक्यूम ओवन में गर्म किया गया, और फिर उन्हें नाइट्रोजन से भरे दस्ताने बॉक्स में एल्यूमीनियम टुकड़े टुकड़े बैग के साथ सील कर दिया गया। पॉलीप्रोपाइलीन बेस फिल्म का एक समाधान EC/DEC (1:1) में एनोड और कैथोड और 1M LiPF6 का उपयोग बैटरी इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है।
हरे OLED में पॉली(9,9-डाइऑक्टाइलफ्लुओरीन-को-एन-(4-ब्यूटाइलफेनिल)-डिफेनिलमाइन) (टीएफबी) और पॉली((9,9-डाइओक्टाइलफ्लुओरीन-2,7- (2,1,3-बेंजोथियाडियाज़ोल-) होते हैं। 4, 8-डायल)) (एफ8बीटी) लोचनर एट अल 9 में उल्लिखित प्रक्रिया के अनुसार।
फिल्म की मोटाई मापने के लिए डेक्टाक स्टाइलस प्रोफाइलर का उपयोग करें। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) को स्कैन करके जांच के लिए एक क्रॉस-सेक्शनल नमूना तैयार करने के लिए फिल्म को काटा गया था। एफईआई क्वांटा 3 डी फील्ड एमिशन गन (एफईजी) एसईएम का उपयोग मुद्रित की संरचना को चिह्नित करने के लिए किया जाता है। फिल्म और मोटाई माप की पुष्टि करें। एसईएम अध्ययन 20 केवी के त्वरित वोल्टेज और 10 मिमी की सामान्य कार्य दूरी पर आयोजित किया गया था।
डीसी प्रतिरोध, वोल्टेज और करंट को मापने के लिए एक डिजिटल मल्टीमीटर का उपयोग करें। इंडक्टर्स, कैपेसिटर और सर्किट के एसी प्रतिबाधा को 1 मेगाहर्ट्ज से नीचे की आवृत्तियों के लिए एगिलेंट ई4980 एलसीआर मीटर का उपयोग करके मापा जाता है और एजिलेंट ई5061ए नेटवर्क विश्लेषक का उपयोग 500 किलोहर्ट्ज से ऊपर की आवृत्तियों को मापने के लिए किया जाता है। वोल्टेज रेगुलेटर तरंगरूप को मापने के लिए टेक्ट्रोनिक्स टीडीएस 5034 ऑसिलोस्कोप।
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