אלקטרוניקה גמישה התפתחה כטכנולוגיה טרנספורמטיבית, המאפשרת מכשירים התואמים משטחים מעוקלים, למתוח עם תנועה אנושית, ותקפלים לתוך גורמי צורה קומפקטיים.בניגוד לוחות מעגלים מודפסים קשיחים, מערכות אלה מסתמכות על תת-שכבות דקות וערימות חומר חדשניות שיכולים לסבול עיוות מכני חוזר ללא אובדן פונקציונליות חשמלית.

מה זה אלקטרוניקה גמישה?

אלקטרוניקה גמישה, הידוע גם מעגלים גמישים או flexs, הם אסיפות אלקטרוניות בנוי על substrates פולימרי ניתן לכופף כגון פולימידיד (PI), polyethylene terephthalate (PET), או נוזל-crystal פולימרים (LCP) בניגוד לוחות קשיחים, הם יכולים להיות מעוות, מעוות, או אפילו מתוחים בשילוב עם תאים מכניים כגון דחוסים.

השדה התקדם מתופעות נחושת פשוטות של יחיד-שכבות על פולימידיד במערכות רב-שכבות מורכבות המטביעות מעגלים משולבים, חיישנים ואנטנות. מכשירים גמישים מודרניים משלבים לעתים קרובות קישורים מתוחים - קווי מתכתי או helical מורכבים - ורכיבים פעילים דקים רק עשרות מיקרונים.כפי שהמכשיר גדל, הממשק בין ביצועים מכניים וחשמליים הופך קריטי יותר.

תכונות מכניות מפתח

התכונות המכאניות של חומרי אלקטרוניקה גמישים ניתן לחלק לארבעה קטגוריות עיקריות: גמישות, חוזק רבייה, גמישות ועייפות התנגדות. תכונות נוספות כגון דוקטרקטיות, כוח דבקות, ומקדם של התרחבות תרמי גם ממלא תפקידים משמעותיים, אבל ארבעת המפורטים לעיל קשורים ישירות לכללים עיצוב ברמת המכשיר.

אסטאליות ו-Allastic Modulus

גמישות היא היכולת של חומר לעיוות תחת לחץ ולחזור לצורה המקורית לאחר הסרת הלחץ.באלקטרוניקה גמישה, גמישות הוא כפיה על ידי מודולוס גמיש (המודולולוס של יאנג), אשר מודדים קשיחות חומרים עם מודלוס נמוך - כגון PDMS (1-10 MPa) או פוליאורטאן - בקלות רבה, מה שהופך אותם אידיאלי עבור חיישנים דלים עם רמות מתכת יכולות להיות מסוגלות (אורד) אבל חומרים נחושת (מתאים) עם חומרים).

כוח Tensile ו- Yield Stress

חוזק הנחושת הוא הלחץ המקסימלי חומר יכול לעמוד בזמן להיות מתוח לפני הכישלון.עבור מעגלים גמישים, כוח רבן משנה במהלך הייצור (מתפתל, לחות) ולבסוף שימוש (מצטבר, מתקפל) אם הכוח הרבני של המנצח הוא עודף, עקבות מתגלגלים מחדש של רכיבים קבועים, גורם מעגל פתוח.

גמישות ומינימום בנד רדינוס

גמישות היא הקלות שבה חומר יכול להיות nd ללא שבירה.המדד המרכזי בעיצוב המעגל הוא רדיוס הנדק המינימלי - הרדיוס הקטן ביותר מנצח או תת-קרקעי יכול להיות כפוף ללא גרימת נזק. פרמטר זה תלוי עובי תת-קרקעי, שכבת מתכת, ואת דורקיות של המנצח. עבור מעגל חד-צדדי עם נחושת על פולימדיד, מינימלית להיות על גבי משטחים של שימוש ברצועות מינימליות יותר ויותר.

התנגדות שומנית

התנגדות עייפות (שומן) מתארת את היכולת של חומר או ממשק לעמוד על עיוות מחזורי חוזר - החלף, עיוות או מתיחה - ללא כישלון. באלקטרוניקה גמישה, עייפות היא מצב הכישלון הנפוץ ביותר.מוניטור בריאות לביש יכול לעבור מאות אלפי מחזורי נחש מתקדמים על החיים שלה, וכל מחזור מצטבר מיקרו-דלקתיים בעקבות מתכתיות.

השפעה על עיצוב התקנים

הבנה של תכונות מכניות משפיעה ישירות על ארבעה היבטים עיקריים של עיצוב אלקטרוניקה גמיש: בחירה חומרית, דפוס מבני, אופטימיזציה עובי substrate, אדריכלות encapsulation.כל החלטה חייבת לאזן עמידות מכנית עם ביצועים חשמליים ומיומנות.

בחירה חומרית

תת-קרקעית חייבת להציע גמישות מספקת תוך מתן יציבות ממדית במהלך עיבוד. Polyimide (Kapton) הוא מחזורי העבודה בשל טמפרטורת השקיפות הגבוהה שלה, ספיגת לחות נמוכה, ואמינות מוכחת.עבור יישומים הדורשים עמידות, elastomers כגון PDMS, TPU (מופלסטיפטן) או אקופלקס הם מועדפים זהב, למרות שהם דורשים חיבורים פונקציונליים שיכולים בדרך כלל עם חומרים מתכתיים או מתכתיים (מסוגים) מורכבים, אך ורקמות מתכתיים).

עיצוב מבני ו- Strain Management

במקום להסתמך רק על קשיחות חומרית, מהנדסים להפחית את המתח המקומי באמצעות גיאומטריה חכמה.חששות נחשין - קוויווה שפועלים כמו מעיינות - יכולים למתוח להכפיל את אורך שלהם בעוד נחושת נשאר מתחת ל- 1% המקומי, באופן דומה, עיצובים "איים-גשר" מציבים רכיבים נוקשים על איים דיסקרטיים של חומר נוקשה (למשל, חלקים מחזקים) המחוברים על ידי גשרים נחשים.

תותבות ו- Layer Stack

מתחמי PCB דקר משפרים גמישות ולהפחית את רדיוס הנדנדק המינימלי, אבל הם גם מורידים את העוצמה המכנית של ההרכבה. A 12.5 μm פוליimide יכול להיות nd עד רדיוס <1 מ"מ, אבל זה יותר נוטה לקרוע מתחת למתחים גמישים במהלך הרכבה או טיפול. Thickerstrates (50-125 מיקרומטר) מציעים יותר יציבות ממדית ולהפחית את הסיכון של מעגלים קצרים באמצעות pins, אך הם נעים יותר, אך הם גם מצמצם את החומרים המשתנים.

שכבות של הגנה והגנה

Encapsulation משרת מטרות כפולות: הגנה מכנית ומחסום סביבתי.מעגל גמיש טיפוסי יש שכבת כיסוי העליון (סרט מפוכח או מסיכת נמכרת נוזלית) המונעת שריטות על המוליכים ומפחיתה את עליית הלחץ בשוליים.עבור מכשירים מתוחים, ציפוי חלק של ג'ל סיליקון או קצה קצה קצה מתאים על פני השטח ומפיץ זנים אפילו את השכבה בין קמצוקה ל-ידית (camulation) יכול לספק אטומית) כדי לספק אטומית (acrecapicial) כדי לספק קיבולת גבוהה אטומית) אטומית (astridicstridation) קיבולת) קיבולת גבוהה אטומית) אטומית (astridine) אטומית) אטומית (astridine) קיבולת גבוהה קיבולת גבוהה קיבולת) אטומית) קיבולת גבוהה אטומית (astridial עלולה לגרום אטומית) ללא אטומית (astridial עלולה לגרום סיליקון) סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון קיבולת חלקית של ceptidial עלולה לגרום סיליקון) סיליקון סיליקון קיבולת) קיבולת גבוהה קיבולת) קיבולת גבוהה קיבולת גבוהה קיבולת גבוהה קיבולת (

מחקרים: ממעבדה ועד למוצר

עקבו אחרי Health Monitor

(הביוסנסטורים של ECG, EMG או הטמפרטורה משולבים כעת בתאים דמויי עור שיכולים למתוח עד 50% מתח.המכשירים האלה מסתמכים על תת-ממדיים נמוכים וגלומנטים נחשים או עקבות נחושת משובצים בסיליקון.בדיקה מראה שהם יכולים לשרוד מעל 10,000 מחזורים של 20% ללא אובדן אותות.

תצוגות מותאמות וטלפונים חכמים

טלפונים אלקטרוניקה לצרכנים (למשל, Samsung Galaxy Z סדרה) מייצגים את הריצוף של עיצוב אלקטרוניקה גמיש.ה- hing hinge חייב לסבול מעל 200 אלף מחזורים ברדיוס של כ 1.5 מ"מ. ערימה התצוגה כוללת מספר רב של שכבות: פולימרי פולימר, כוכבי הלכת דק-סרטים גמישים, אור אורגני מחומצמי, ו encapulations - שנועד לשמור על השבר נייטרלי בשכבה מתכתית יותר כמו IFertexate.

מכשירים רפואיים מותאמים

השתלות ביואלקטרוניקה המשתרעות סביב עצבים או איברים דורשים גמישות קיצונית וזמינות ביולוגית מכשירים כגון "עמיד אלקטרונית" (e-dura) עבור גירוי חוט השדרה עשויים פולימר רך, מתוח (PDMS) עם microelectronic Embeddney-silicon microelectrodes.התכונות המכאניות חייבות להתאים את אלה של רקמות עצביות כדי להפחית את חיי השומן הוא קריטי כי ניתן לפירוק של הגוף או ל-Fate במשך חודשים מורכבים.

שיטות בדיקה ואפיון

תכנון אלקטרוניקה גמישה אמינה דורש בדיקות מכניות קפדניות בחומר, חיבור ורמות המכשיר.

  • (FLT:0Cyclic bending:FLT:1 specimens הם שוב ושוב כפופים רדיוס מפורט (למשל, R= 1 מ"מ) בקצב מסוים. Resistance נמדדת ב situ; עלייה של 10% נחשבת בדרך כלל לכשל. תקנים כגון IPC-9203 הליכי מבחן.
  • (FLT:0)מנדל ובדיקות flex דינמית:ראה LT:1) מדגם A עטוף סביב cylindrical mandrels של הורדת קוטרים כדי לקבוע את הרדיוס הנדק המינימלי שעדיין מניב המשכיות חשמלית מקובלת.
  • (FLT:0) בדיקות סטרייק ועייפות: FLT:1 עבור אלקטרוניקה מתוחה, דגימות רכובות על בודק לא-שיקל של עשרות ומחזור לזן מוגדר. in situ Resistance change and Optation of סדקing משמשים כדי לכמת נזק.
  • (ב) ,0) מבחנים של חליל ו- Shear: ⁇ 1 (הדגשה) בין עקבות התנהגותיות לבין תת-סטריט נמדדת באמצעות 90 מעלות או 180 מעלות צלזיוס בדיקות קליפות גרועות מוביל לדהמה תחת רכיבה על אופניים עקיפה ורפואית.
  • (FLT:0)FEA וסימולציות: 1FLT 1 וירטואלי פרוטוטיפטציה עם כלים כמו ANSYS או COMSOL צופה התפלגות מתח ומסייעת לייעל את הגיאומטריה לפני בניית אבטיפוס פיזי.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות התקדמות משמעותית, כמה אתגרים נשארים. ראשון, שמירה על התנגדות חשמלית נמוכה תחת עיוות אינטנסיבי חוזר הוא קשה: מתכות דוקטריות כמו נחושת בסופו של דבר קשה וסדקים.מוליכים מתתלים מותחים על ידי מתכות נוזליות או פולימרים מוליכים יכולים להכיל זנים, אבל יש להם לחות נמוכה יותר נדרש תהליך בקנה מידה.שני, שילוב של רכיבים קשיחים (ICs, סוללות) עם תת-מתאים גמישים יוצר מתחים כגון שבבים, אך לעתים קרובות חסימתם גמישים, אך הם עדיין מוגבל, אך הם זקוקים לתפקוד מכני).

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

לבסוף, כאשר אלקטרוניקה גמישה נעה לסביבות תובעניות יותר - שתלים עמוקים, מרחב אווירי בטמפרטורה גבוהה, תת-קרקעי חישה - קריטריונים עיצוב מכני מתרחבים.הבנת ההשפעה של תכונות מכניות אינה פעילות גופנית חד פעמית; זהו תהליך רב-עוצמה אשר מתפתח עם כל חומר חדש ויישום.השדה עומד בצומת של חומרים, הנדסה מכנית, ועיצוב חשמלי, והתקדמותו תלויה על אתגרים רב תחומיים אלה.

מסקנה

התכונות המכאניות של חומרים המשמשים אלקטרוניקה גמישה - אקסטיסטיות, כוח רבילי, גמישות והתנגדות עייפות - אינן שיקולים משניים; הם מגבלות עיצוב ראשוניות שקובעות אם מכשיר מתקפל, מתפרק או שברים.מבחירה חומרית לתבניות מבניות ו- encapsulation, כל בחירה עיצוב משקפת את המסחר בין תאימות מכנית ואמינות חשמלית.