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什么是印刷电子设计?
什么是印刷电子设计?
什么是印刷电子设计?答案很简单:它是电子设计。您利用电路理论、数学计算和基于计算机的模拟进行电子设计。您使用印刷电子材料为产品设计电气功能和性能。材料是关键,因为用于印刷电子产品的材料与用于传统 PCB 的材料具有不同的电气性能特性。此外,电子产品是使用印刷电子材料以不同方式制造的。众所周知,PCB 走线是如何完成的。首先,电子工程师设计它,根据电气要求定义尺寸,设计准备好后,发布制造文件。
在制造过程中,PCB 是根据设计文件通过在 PCB 的铜上复制电路来制造的,例如,通过将掩蔽的紫外线敏感光刻胶膜暴露在紫外线下。然后,没有暴露在紫外线下的铜被蚀刻掉。结果是设计的痕迹。其尺寸正确且满足电气要求。在印刷电子产品中,我们需要实现相同的结果,但需要采用新的设计规则、材料和制造方法。
印刷电子设计的输入和输出与PCB设计基本相同。输入和输出之间的技巧也是一样的:电子设计。您需要将材料信息和设计规则纳入您的设计过程,并且输出是制造文件。相同的物理定律在 PCB 和印刷电子产品的电子设计中是有效的,它们设定了可以做什么的界限。两个电路,一个由 PCB 制成,另一个由印刷电子产品制成,可以具有完全相同的功能,但电路设计看起来和实际上是不同的。这是因为电路中使用的材料的物理能力和局限性。在这两个电路中,您都需要在阻抗上施加电压差才能使电流流动。要在两个电路中获得相同的电流,需要将阻抗调整到相同的水平或设置特定于电路的电压水平。这些参数我们通常需要在印刷电子设计中发挥作用。我们正在通过微调阻抗和设置正确的电压电平来寻找最佳解决方案。
在电子设计中,了解最终产品的材料特性至关重要。从 PCB 中,您可以了解铜厚度、薄层电阻、其热性能、PCB 材料的介电常数等。这与您需要从印刷电子产品中了解的参数完全相同。什么是银墨导体的最终厚度,它的平方电阻是多少,基板材料的介电常数是多少?您为这些新材料执行电子设计。欧姆定律、基尔霍夫电路理论定律和麦克斯韦方程也适用于印刷电子产品。市场上有数百种不同的导电油墨,每种都有独特的方形电阻率。一些墨水具有高导电性(通常仍远高于纯铜),但固化后这些墨水根本无法伸长。其他油墨固化后可以拉伸,但导电性更差。在电子设计中,了解最终固化后所用墨水的方形电阻是什么至关重要。
另一个设计挑战是印刷电子产品中使用的材料参数取决于所使用的产品。例如,如何印刷导电油墨、如何固化这些油墨、导体下方的其他印刷油墨如何影响最终的方形电阻。你改变你可能需要改变你的布局设计的生产。否则必须根据您设计的电路要求设置生产。了解印刷电子产品的制造方式非常重要。这在 PCB 中没有任何区别,您需要知道这些是如何构建的以及这种特定生产的限制是什么,但在 PCB 中,制造方法更加标准化,每种制造都基本相似,但能力略有不同。在印刷电子领域,我们还没有达到这个水平。
导电油墨可以通过多种方法印刷。最常用的方法是丝网印刷和喷墨印刷,通过谷歌搜索,您还可以找到许多其他方法。与印刷过程相关的关键是了解制造能力及其局限性。走线之间需要的最小间隙是多少?您可以使用多少导电层?走线的最小和最大宽度是多少?熟悉您将要使用的产品的设计规则,并根据这些设计规则检查设计。PCB 设计工具中可用的许多设计规则都可以在具有正确规则定义的印刷电子设计中使用。如果制造包括电子设计工具不支持的设计规则,则意味着您必须进行手动设计规则检查。例如,如果您可以使用由印刷电介质隔离的多个导电层,这意味着您在第一和第二导电层走线之间的设计规则与印刷在同一层上的走线完全相同。并且这是不支持的标准 PCB 设计工具。
此外,印刷电子产品需要组件来获得功能,并且在印刷电子电路上组装组件不是标准的焊接工艺。印刷电子产品中使用的典型材料是塑料,这意味着与 PCB 或 FPC 相比,这些热特性是不同的。这意味着粘合剂材料也不同。低温焊料、导电胶或其他粘合剂材料是印刷电子 SMA 的典型材料,这些可能需要对组件进行特殊封装。你能把痕迹放在组件下面吗?您需要特殊的禁区吗?您可以在印刷电子设备上安装哪些组件?与PCB的SMA相比,这些是需要从不同角度思考的问题。除此之外,表面贴装组件的制造文件可能会有所不同。您可以使用粘贴模板文件还是应该提供点胶图来代替?事先检查 SMA 的要求。
因为印刷电子是相当新的技术领域,材料特性和制造方法的信息不像 PCB 那样可用。除此之外,还有大量具有不同电气特性的印刷导电油墨,这取决于制造设备和方法在现成部件中的特性如何。设计取决于实现新材料和制造方法的电子学理论。对我来说,电子设计意味着利用理论、物理和数学来确保电气功能和性能。这些方法需要材料知识作为输入。我在印刷电子产品中看到缺乏材料信息,有时决策是在没有计算的情况下完成的。那么它不是设计,而是猜测。