האבולוציה המהירה של ייצור התוספים, הידוע בדרך כלל כדפסת תלת מימד, החלה לעצב מחדש את הנוף של ייצור מכשירים אלקטרוניים.לא מוגבל עוד כדי להמריץ את המחסנים הפסיביים, הדפסה תלת-ממדית מבטיחה כעת סטיות פונקציונליות אלקטרונית פונקציונליות, שבו מעגלים, אנטנה, ואפילו מגברי חשמל קומפקטיים משולבים ישירות במבנה המודפס.

Power Amplifiers: The Heart of Transmission

לפני חקר אתגרים אינטגרציה, חיוני להעריך את תכונות הכוח הקריטיות (PAs) לשחק במערכות אלקטרוניות מודרניות. a power amplifier הוא מעגל אלקטרוני שנועד להגדיל את רמת הכוח של אות.בניגוד מגברים קטנים-חתימות המתמקדים במתח או ברווח הנוכחי עם עיוות מינימלי, הרש"פ חייבת לספק כוח משמעותי לעומס - כגון אנטנה, רמקול, או מגבר חשמלי - בעוד הם מספקים משככי לחץ דם גבוה ומכשירי רדיו, בזמן שהם מאפשרים ויזואליים מתקדמים.

הרש"פ מסווגות בדרך כלל על ידי מעמד התפעולי שלהם (A, B, AB, C, D, E, F, וכו '), כל אחד מציע סחר אחר בין לינאריות ויעילות.לדוגמה, Class A a a a a a amplifiers הם הרבה יותר לינארי אבל ידוע לשמצה לא יעיל (בדרך כלל עלייה של עד 50%, כמעט נמוך יותר), בעוד D ו- Echange amplators יכול לעלות על 90% יעילות אבל זה דורש סינון ברמה גבוהה של דרישות ברמה גבוהה של תאים של רמה גבוהה של רמה גבוהה של מערכת מדידה.

האתגרים הרב-פנימיים של אינטגרציה

תאימות חומרית: Bridging the Conductivity Gap

הבסיס של כל מכשיר אלקטרוני מודפס תלת-ממדי הוא החומר המשמש הן את המצע ואת העקבות המוליכים. מסורתי הדפסה תלת-ממדית (כגון PLA, ABS, PETG) הם מצוינים עבור חלקים מבניים אבל הם אינסרטורים חשמליים. עבור מגברי חשמל, הדורשים חיבורים בתדר נמוך וקווי שידור מבוקרים, חומרים מוליכים חייבים להיות משולבים.

  • (FLT:0) פילמנטים רגישים: FLT:1 אנרמפטיים המפוזרים עם ממלאים מוליכים כמו פחמן שחור, גרפן או חלקיקי מתכת (למשל, נחושת, כסף) אלה filaments ניתן להדפיס באמצעות כתמים סטנדרטיים FDM. עם זאת, התנהגותם היא בדרך כלל הזמנות של התנגדות מוצקה יותר מאשר נחושת.
  • (FLT:0) Inks and Pastes:cioFLT:1 בשימוש במניפסט חומרי (למשל, מטוס אווירול, דיוג'ט) או תהליכים ישירים-כתיבה של חלקיקים סילבר חלקיקים יכולים להשיג מוליכות כמעט-bulk לאחר חטא, אך הם דורשים עיבוד גבוה לאחר זמן (בדרך כלל > 150C) שעשויות להגיע לדחיסות תרמית או לדרגה אחת (מהפכה) הן לעתים קרובות יותר נמוכה יותר לרקמות גבוהה יותר, אך הן מורכבות יותר, לאחר הפחתת לחץ דם גבוה יותר, אך הן מורכבות יותר, אך הן מלמטה יותר, לאחר הדרגה גבוהה יותר, אך הן מלמטה יותר, הן מלמטה יותר, לאחר המידות גבוהות יותר, אם הן מלמטה יותר, לאחר המידות גבוהות יותר, אם הן דורשות גבוהה יותר, לאחר מדרגה אחת (10%).

בחירת חומר מוליכים תואם כרוך איזון מוליכות חשמלית, הדפסה, דבקות substrate, ויציבות תרמית. עבור שילוב מגבר כוח, אפילו עלייה קטנה של התנגדות עקבות יכול להפחית באופן דרמטי את יעילות המערכת הכוללת.מחקר עדכני חוקר גישות היברידיות, כגון הטמעת חוט נחושת או מיש במהלך תהליך ההדפסה, אבל טכניקות אלה נשאר קשה כדי להיות שותף והיקף.

ניהול תרמי: ניתוק החום

מגברי כוח מייצרים חום באופן חד-משמעי - לעתים קרובות עשרות וואט לסנטימטר רבוע של אזור מת - עקב הפסדים מנוגדים וטרנסטור מעבר יעילות.בעיצובים המבוססים על PCB, החום מנוהל על ידי מטוסים נחושת עבה, דרך תרמית, וחום חיצוני טמפרטורות קטלניות (ב-3D-D-printed אלקטרוניקה, מוליכות תרמית של חומר תת-סטריט הוא בדרך כלל עני (0.1- WCAM/m-K) להורדת חום-מאטמימין-מאט-מאט-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מחדש-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-לאפקטיבי-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מחדש-מ-מ-מחדש-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מחדש-מ-מתאים-מחדש-מ-מ-מ-מ-מ-מתאים לטמפרטורות-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-

שילוב תכונות ניהול תרמיות למבנה תלת-ממדי, מאתגר אך לא בלתי אפשרי.

  • (ב) [ה]התחבטת] ב[[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]
  • (FLT:0) ערוצים מגניבים: FIRLT:1 (שימוש ביכולות של הדפסה תלת-ממדית ליצירת ערוצי קירור מורכבים, מעוקלים ישירות מתחת למים של הרש"פ או אוויר מאולץ ניתן להפיץ לאחר מכן.
  • (FLT:0) למלאי משנה:FirLT:1) הוספת חומרים כמו בורון nitride, תחמוצת אלומיניום, או חלקיקים יהלומים ל-Filament. בעוד זה משפר את מוליכות תרמית (עד 1-5 W/mK), זה עדיין רחוק מאידיאל ולעתים קרובות מגביר את הקושי הדפסה.
  • (FLT:0) ניהול התרמומלי: FLT:1 integrating thermoelectric קרירים (TECs) או אוהדי מיניאטורה לתוך ההרכבה 3D מודפס.זה מוסיף מורכבות וצריכת חשמל, באופן חלקי את היתרונות של שילוב.

דוגמה בולטת היא העבודה של חוקרים ב-FLT:0 אוניברסיטת קליפורניה, ברקליFelo1, אשר הפגינו מגבר בעל 3D עם ערוצי קירור מיקרו-השפעה משובצים.

אינטגרציה חשמלית: חיבורים הדדיים ושליטה פרדוקסטית

מגברי חשמל לעתים קרובות כרוכים במרכיבים מרובים של דיסקרטיות - טרנזירים, קפקאים, מחנכים, ומחברים - לצד העקבות המודפסות. הבטחת חיבורים חשמליים חזקים מבחינה מכנית בין רכיבים מודפסים ומסורתיים הוא מכשול מרכזי.

  • (FLT:0)Pick-and-Place של עמודות הרים: ph1 Components ממוקמים על המעגל המודפס במהלך ההפסקות בתהליך ההדפסה.החיבורים נעשים לעתים קרובות עם epoxy או מאפה ממכר, אשר חייב להיות מפורש במדויק ומדפס.
  • (FLT:0) מודפס אינטר-קישורים: FLT:1elos ושרידים מודפסים כדי לחבר שכבות.Achieving התנגדות מגע נמוכה בין שכבות מודפסות לבין כריות רכיב דורש הכנה על פני השטח זהירה (למשל, ניקוי פלזמה, micro-abrasion) כדי להסיר תחמוצות ומזהמים.
  • (FLT:0) Wire Bonding: 1FLT 1 עבור קבצים מצורפים, חיבור חוט ניתן להשתמש, אבל את כריות האג"ח על תת-קרקעית מודפסת חייב להיות מתכת מתאימה (למשל, ניקל-זהב) כי לא ניתן להשיג בקלות עם דיוזים סטנדרטיים.

מעבר לקישוריות, ביצועי RF רגישים מאוד לאלמנטים טפילטיים.מבנה סטרי, קיבול, והתנגדות יכולים להתאים רשתות, להפחית את הרווח ולהציג תנודות. במבנה בעל 3D מודפס, התוסף הדיאלקטרי וההפסד של ה-PTSD, משתנה עם אוריינטציה הדפסה, דפוס אפיל וחומרי - אשר הם בעלי סיכון גבוה ל- CSTFST או ל-CANCST (R) באמצעות CR.

החלטות ייצור וסובלנות

מעגלים מגברי כוח לעתים קרובות דורשים ג'ממטות קו דק עבור מהפךים, בני זוג, ו transistor להתאים רשתות. מדפסות FDM טיפוסי יש קוטרים של 0.4 מ"מ או גדול יותר, הגבלת גודל מינימום תכונה. בעוד inkjet ו- aerosol-jet יכול להשיג רזולוציה של 10-100 מיקרומטר, הם נאבקים עם עובי ולאורך קיבולת גבוהה.

פתרונות פוטנציאליים וטכנולוגיות מתפתחות

למרות האתגרים העצומים הללו, קהילת הייצור של תוספי הייצור היא פיתוח פתרונות אשר בקרוב יאפשרו שילוב אמין של מגבר חשמל.

הדפסה רב-מגנטית ותפקודית-Graded Printing

רבים מן החומרים החומריים של המסחר ניתן לטפל על ידי שימוש במדפסות רב-חומריות כי הפיקדציה, דיאלקטרי, וחומרים מוליכים תרמיים בבנייה יחידה.לדוגמה, מדפסת יכולה להניח דיו כסף מוליכים גבוה עבור עקבות המגבר, דיאלקטרי נמוך עבור חומרים תת-מסלוליים, ו fment מלאה קרמיקה עבור חום מקומי.

« « « « « « « « « « « « « « «» « «» «» » «» » » «»»

במקום להדפיס את כל החלקים, אסטרטגיית ייצור היברידית ⁇ מרכיבים לפני-מצטבר (כגון GaN או GaAs PA dice) לתוך המבנה המודפס.המפתח הוא להשיג ממשקים תרמיים וחשמליים אמינים. החוקרים השתמשו לייזר חיטוי לחום מקומי מודפס כסף כדי ליד ערפיליות כמעט ללא תרמופלסטיקאי סמוך. אחרים משתמשים במשחתמת או קר כדי לצרף עקבות נחושת לכדי לחץ דם נמוך (המתיקים) עם תכונות נמוכות של טיפול בטמפרטורות נמוכות של צד שלישיות (Ricial) עם תכונות נמוכות של תופעות לוואי נמוכות של 2D).

עיצוב ייצור אדפטיבית (DFAM)

כלים עיצוביים מתפתחים כדי להסביר את האופי האנסוטרופי וסטטיסטי של אלקטרוניקה מודפסת תלת-ממדית.תוכנות DFAM מודרניות יכולות לדמות את תהליך ההדפסה, לחזות תכונות חומריות המבוססות על פרמטרים מודפסים בפועל, וייעלו את הפריסה המגברית להיות חזקה נגד וריאציות צפויות.עבור מגברי חשמל, זה עשוי להיות עיצוב רחב יותר, קצר יותר כדי להפחית הפסדים מנוגדים, או להפיץ רשתות כי הם פחות רגישים למהנדסים כדי לבצע ניתוח אלקטרו-מתאים גמישים.

חומרים מתקדמים: Graphene ו- Carbon Nanotubes

מעבר כסף ונחושה, חומרים מוליכים חדשים מציעים אפשרויות מרגשות.גבי גרפים Graphene יכול להשיג מוליכות גבוהה (תוספת כסף לאחר הפחתת) ו מוליכות תרמית מעולה (במטוס >5000 W/mK באופן תיאורטי) עם זאת, ייצור בקנה מידה גדול של דיווני גרפין באיכות גבוהה נשאר יקר ומאתגר.

כיוונים עתידיים ו-Industrial Outlook

שילוב של חשמל מגבר לתוך אלקטרוניקה 3D מודפס עדיין בשלב האחוז שלה, בעיקר מוגבל מעבדות מחקר ויישומים נישה. עם זאת, היתרונות הפוטנציאליים - משקל מואר, ספירת חלק נמוך, חופש עיצוב, ייצור על פי דרישה - הם נהיגה השקעות מתמשכת.

  • (FLT:0) AI-Driven Process control:Felo:1 Machine אלגוריתמים יעקוב אחר ההדפסה בזמן אמת, ויתאים פרמטרים לשמירה על סובלנות הדוקה על רוחב, עובי, איכות חטא.
  • (FLT:0)Imroved DC-DC Converters for PA Bias:FLT:1 הדפסה מעגלים ניהול חשמל יהיה משותף עם הרש"פ, לספק מתחים אספקה יציבים ושיפור יעילות המערכת הכוללת.
  • (FLT:05G ו- mmWave Applications:BuildFLT:1) ככל תקשורת אלחוטית נעה לתדרים גבוהים יותר (28 GHz ומעבר), הצורך ברש"פ קומפקטיות, משולבת עם מינימלית מינימלית תדחוף את הגבולות של החלטת הדפסה וטוהר חומרי.
  • (FLT:0Medical and Aerospace Adoption:FLT:1 בתחומים שבהם משקל וגיאומטריה אישית הם קריטיים (למשל, כלי רכב אוויריים בלתי מאוישים, מכשירי שמיעה, מכשירים מושתלים), הרש"מים 3D מודפסים ימצאו אימוץ מוקדם, גם אם הביצועים הם מעט מתחת לזה של אסיפות קונבנציונליות.

מסקנה

הגדלת כוח מגבר לתוך אלקטרוניקה 3D מודפס היא בעיה מורכבת כי יושב בצומת של חומרים, הנדסה תרמית, עיצוב RF, וייצור תוספת.האתגרים הם משמעותיים: חומרים שהם ללא די התנהגות, גרוע יותר מנוהל באופן תרמי, או לא תואם את פעולת עיצוב גבוהה מדי; מגבלות של פירוק אוויר כי מאיים על אמינות המכשיר; וטכניקות חיבור חשמלי כי חייב לספק תכונות נמוכות, תרמיות, אך ורקמות, הן יכולות להיות מסוגלות סטנדרטיות, אך ורקמות, הן יכולות להיות מסוגלות, הן יכולות להיות מסוגלות, אך ורקמות, הן יכולות להיות מתקדמות יותר, הן יכולות להיות מסוגלות, הן יכולות להיות מסוגלות, הן גמישות גבוהה מדי, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן יכולות להיות מסוגלות, הן יכולות להיות מסוגלות, והן תגמולים, והן תגמולים, הן תגמולים, והן מותאמות אישית, אך ורקמות, הן תגמולים, אך ורקמות, אך ורקמות, יעיל מדי, יעיל מדי, יעיל, יעיל יותר מדי, הן, יעיל מדי, יעיל מדי, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, אך ורקמות, הן, יעיל יותר מדי, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן