Исследование влияния механических деформаций на шлейф жестко-эластичной печатной платы (2024)
При разработке устройств носимой биоэлектроники с эластичными элементами необходимо подтвердить высокую устойчивость конструкции коммутационного носителя к различным механическим воздействиям. В работе исследовано влияние деформаций растяжения, сжатия и изгиба на шлейф с проводниками подковообразной формы в жестко-эластичной печатной плате. В результате моделирования определены области максимальных механических напряжений в зависимости от приложенной силы. Выявлено, что увеличение ширины дорожек буферного слоя из полиимида способствует большей надежности эластичной части при растяжении. Так, при ширине полиимидных дорожек 150/750 мкм относительно медных 100/500 мкм получены результаты возможного растяжения шлейфа более 20 %, изгиба со смещением вниз более 15 % относительно длины шлейфа и сжатия более 17 % без замыкания соседних цепей между собой. Определено, что для обеспечения повышенной устойчивости к механическим воздействиям необходимы зазоры между соседними проводниками более 100 мкм, а также топологии от края компаунда не менее 2 мм.
In the process of designing reliable stretchable electronics devices, it is necessary for the elastic substrate to have increased resistance to mechanical effects. The effect of tensile, compressive, and bending deformations on a cable with horseshoe-shaped conductors in a rigid-stretchable PCB was investigated. As a result of modeling, the areas of maximum mechanical stresses as a function of the applied force were determined. It is revealed that the increase in the width of polyimide buffer layer tracks contributes to greater reliability of the stretchable part under tension. Thus, with the width of polyimide tracks 150/750 microns relative to copper tracks 100/500 microns, the results of possible stretching of the cable more than 20 %, bending with downward displacement more than 15 % relative to the length of the cable and compression more than 17 % without short-circuiting of neighboring tracks were obtained. It was determined that to provide increased resistance to mechanical effects, clearances between neighboring conductors of more than 100 µm are required, as well as topologies from the edge of the compound not less than 2 mm.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368
В ходе работы были исследованы воз-действия механических деформаций на эластичный шлейф с многослойными подковообразными проводниками между жесткими платами.
Выявлено, что при растяжении с нагрузкой до 10 Н максимальные механические напряжения возникают в местах соединения проводников с жесткой частью и в широких дорожках цепей земли и питания, а при силе выше 10 Н из-за более сильного влияния поперечного сужения эластичного компаунда – в «подковах» посередине проводящих линий по краям. Лучший результат, при котором достигнуто растяжение более 20 %, получен при увеличении ширины полиимидных дорожек до 150 и 750 мкм.
Список литературы
- Горлов Н. С., Вертянов Д. В., Тимошенков С. П. и др. / Прикладная физика. 2023. № 6. С. 78–83.
- Kawabata R., Araki T., Akiyama M. et al. / Flexible and Printed Electronics. 2022. Vol. 7. P. 1–10.
- Axisa F., Bossuyt F., Vervust T. et al. Laser based fast prototyping methodology of producing stretchable and conformable electronic systems / 2nd Electronics System-Integration Technology Conference. 2008. P. 1387–1390.
- Park J. S., Kim W. S. Sustained percolation in stretched silver nanowire networks for stretchable inter-connection applications / Materials Research Society Symposia Proceedings. 2014. Vol. 1685.
- Bossuyt F., Vervust T., Vanfleteren J. / IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufac-turing Technology. 2013. Vol. 3. № 2. P. 229–235.
- Jentoft L., Tenzer Y., Vogt D. et al. Flexible, stretchable tactile arrays from MEMS barometers / 16th International Conference on Advanced Robotics (ICAR). 2013. P. 1–6.
- Bossuyt F., Vervust T., Axisa F. et al. A new low cost, elastic and conformable electronics technology for soft and stretchable electronic devices by use of a stretchable substrate / European Microelectronics and Packaging Conference. 2009. P. 1–6.
- Verplancke R., Bossuyt F., Cuypers D. et al. / Journal of Micromechanics and Microengineering. 2011. Vol. 22. P. 015002.
- Темам Р., Миранвиль А. Математическое моделирование в механике сплошных сред. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
- Gorlov N. S., Vertyanov D. V., Timoshenkov S. P. et al., Applied Physics, № 6, 78–83 (2023) [in Russian].
- Kawabata R., Araki T., Akiyama M. et al., Flexible and Printed Electronics 7, 1–10 (2022).
- Axisa F., Bossuyt F., Vervust T. et al. Laser based fast prototyping methodology of producing stretchable and conformable electronic systems. 2nd Electronics System-Integration Technology Conference. 2008, pp. 1387–1390.
- Park J. S. and Kim W. S. Sustained percolation in stretched silver nanowire networks for stretchable inter-connection applications. Materials Research Society Symposia Proceedings 1685 (2014).
- Bossuyt F., Vervust T. and Vanfleteren J., IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology 3 (2), 229–235 (2013).
- Jentoft L., Tenzer Y., Vogt D. et al. Flexible, stretchable tactile arrays from MEMS barometers. 16th Inter-national Conference on Advanced Robotics (ICAR). 2013, pp. 1–6.
- Bossuyt F., Vervust T., Axisa F. et al. A new low cost, elastic and conformable electronics technology for soft and stretchable electronic devices by use of a stretchable substrate. European Microelectronics and Pack-aging Conference. 2009, pp. 1–6.
- Verplancke R., Bossuyt F., Cuypers D. et al., Journal of Micromechanics and Microengineering 22, 015002 (2011).
- Temam R. and Miranville A., Mathematical Modeling in Continuum Mechanics, New York, Cambridge University Press, 2005.
Выпуск
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Томилин А. К., Мисюченко И., Викулин В. С.
Исследование квазистационарного электромагнитного поля на оси тороидального соленоида электрометрическим методом
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Поляков Д. Н., Шумова В. В., Василяк Л. М.
Демпфирование колебаний заряженных микрочастиц в тепловом поле в плазме тлеющего разряда
Титов В. А., Сироткин Н. А., Наумова И. К., Хижкина М. А., Кичеева Т. Г., Агафонов А. В.
Плазмохимическая обработка хитозана и поливинилового спирта для получения нанокомпозитов, обладающих ранозаживляющими свойствами
Ребров С. Г., Кошлаков В. В., Голиков А. Н., Федоров И. А., Билера И. В., Лебедев Ю. А., Эпштейн И. Л.
Плазменный пиролиз метана с использованием плазмотрона постоянного тока
Савельев А. С., Угрюмов А. В.
Формирование распыла жидкости в присутствии барьерного разряда
ЭЛЕКТРОННЫЕ, ИОННЫЕ И ЛАЗЕРНЫЕ ПУЧКИ
Иванов Ю. Д., Шумов И. Д., Зиборов В. С., Аблеев А. Н., Козлов А. Ф., Жданов Д. Д., Будник С. В., Чурюкин Р. С., Тереза А. М., Арчаков А. И.
Влияние дозы облучения электронным пучком на ферментативную активность пероксидазы хрена
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Трофимов А. А., Козлов Р. Ю., Кривобок В. С., Лопатин В. В., Улькаров В. А., Молодцова Е. В., Павлов П. В., Павлова О. С., Косякова А. М., Комаровский Н. Ю., Нестюркин М. С., Клековкин А. В., Минаев И. И., Ерошенков В. В., Атрашков А. С., Ковин Я. А.
Обработка подложек InSb с достижением морфологии поверхности, пригодной для молекулярно-лучевой эпитаксии
Войцеховский А. В., Дзядух С. М., Горн Д. И., Дворецкий С. А., Михайлов Н. Н., Сидоров Г. Ю., Якушев М. В.
Характеристики МДП-систем на основе HgCdTe со сверхрешеткой в барьерной области 57
Ерошенко Г. Н., Кривобок В. С., Минаев И. И., Клековкин А. В., Савин К. А., Гончаров А. Е., Муратов А. В., Дубовая А. Р., Пручкина А. А., Николаев С. Н.
Структурные и оптические свойства InAs/GaSb сверхрешеток, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии
Кривобок В. С., Клековкин А. В., Минаев И. И., Савин К. А., Ерошенко Г. Н., Аминев Д. Ф., Мартовицкий В. П., Николаев С. Н., Пручкина А. А., Якубсон С. Е.
Структурные и оптические свойства твердых растворов InAs1-xSbx для средневолновых инфракрасных фотодетекторов
Зеневич А. О., Кочергина О. В.
Шумовой диод как основа для создания сигнализатора температуры
Саенко А. В., Билык Г. Е., Жейц В. В.
Разработка экспериментального устройства для автоматизированного измерения вольт-амперных характеристик солнечных элементов
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Горлов Н. С., Вертянов Д. В., Тимошенков С. П., Жумагали Р. Н., Гладкова С. И., Гаврилова А. А.
Исследование влияния механических деформаций на шлейф жестко-эластичной печатной платы
Мошкунов С. И., Филин С. А., Хомич В. Ю.
Повышение точности определения оптических постоянных тонких пленок модифицированным методом нарушенного полного внутреннего отражения
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Доброклонская М. С., Печеркин В. Я., Владимиров В. И., Василяк Л. М.
Траектории микрочастиц разных знаков в квадрупольной ловушке с напряжением прямоугольной формы
Борзов С. М., Котляр П. Е., Потатуркин О. И.
Схемотехнические решения устройств поляризационной визуализации
Кубланова И. Л., Куликов А. В.
Интерферометрический волоконно-оптический гироскоп с модулятором двулучепреломления в составе гибридной интегральной схемы
Другие статьи выпуска
Исследованы структурные и оптические свойства твердых растворов InAs1–ₓSbₓ, выращенных методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках GaSb(100) с использованием различных соотношений потоков сурьмы и мышьяка (Sb/As), а также материалов III и V групп. Кристаллическое совершенство образцов подтверждено методом рентгеновской дифрактометрии высокого разрешения, а оптические свойства изучены с помощью низкотемпературной фотолюминесценции. Определены ширина запрещенной зоны и концентрации сурьмы (от 9,4 % до 15,4 %), которые влияют на оптические характеристики. Полученные результаты демонстрируют перспективность использования InAs1–ₓSbₓ для создания инфракрасных фотодетекторов среднего диапазона.
Представлена новая схема интерферометрического волоконно-оптического гироскопа (ИВОГ). Целью разработки настоящего прибора служило нивелирование воздействия поверхностных пиро- и пьезоэлектрических эффектов в кристалле ниобата лития на результирующее значение угловой скорости вращения гироскопа, что становится возможным путем замены двух разнесённых на поверхности кристалла фазовых модуляторов одним модулятором двулучепреломления. Сопутствующие изменения в оптической схеме могут привести к незнакомым эффектам по сравнению с ИВОГ, предложенным Эрве К. Лефевром. В настоящей работе мы рассматриваем возможную причину появления такого эффекта и предлагаем способы избежать его проявления. Исследование температурных зависимостей проводится с использованием разных источников оптического излучения, с изменением конфигурации экспериментальной установки и при различных скоростях изменения температуры. Полученный результат свидетельствует о верности гипотезы и необходимости дальнейшего преобразования оптической схемы.
Представлены результаты аналитического исследования схемотехнических решений устройств поляризационной визуализации, предназначенных для обнаружения искусственных объектов на естественном фоне. Выполнен анализ технических характеристик нового класса оптических приборов – поляриметров фокальной плоскости, обеспечивающих значительное повышение информативности за счет организации пиксельной структуры поляризационных сенсоров. Показана перспективность совместного применения пространственной, спектральной и поляризационной информации для улучшения качества описания реальных сцен и, как следствие, повышения эффективности обнаружения и классификации объектов в поле наблюдения.
Проведены экспериментальные исследования и компьютерное моделирование влияния знака заряда диэлектрических микрочастиц на траектории их движения в линейной квадрупольной ловушке с импульсно-периодическим знакопеременным удерживающим напряжением прямоугольной формы с частотой 50 Гц в воздухе при атмосферном давлении. Обнаружено, что в отличие от синусоидального удерживающего напряжения, траектории частиц в поперечном сечении ловушки располагаются по диагоналям, причем частицы с зарядами разных знаков осциллируют вдоль перпендикулярных диагоналей. При изменении коэффициента заполнения положительной полярности прямоугольного импульса более 50 % меняется диагональ движения движение частиц в зависимости от знака их заряда. Эффект получен экспериментально и согласуется с расчетом.
Предложен метод, позволяющий определять толщину и оптические постоянные тонких слоев. В основе метода лежит точное измерение углов падения света, соответствующих нулевому отражению в схеме нарушенного полного внутреннего отражения.
Представлен емкостной метод и разработано экспериментальное устройство для автоматизированного измерения вольт-амперных характеристик солнечных элементов. Метод заключается в использовании в качестве переменной нагрузки емкости конденсатора для автоматизации процесса измерения. Основное преимущество данного метода заключается в быстроте измерения вольт-амперной характеристики солнечного элемента, что позволяет повысить точность и равномерность измеряемых фотоэлектрических параметров за счет снижения негативных внешних воздействий во времени, в частности нагрева солнечного элемента и нестабильности источника освещения. Проведенные измерения вольт-амперных характеристик солнечных элементов с использованием разработанного экспериментального устройства показали, что погрешность полученных фотоэлектрических параметров по сравнению с заявленными в спецификации значениями составляет порядка 5 %, что подтверждает высокую точность представленного метода измерения.
Исследована возможность использования шумовых диодов для измерения температуры, а также применения этих диодов в качестве основы для создания сигнализаторов температуры. В качестве объектов исследования были выбраны кремниевые шумовые диоды производства ОАО «ЦВЕТОТРОН» (Республика Беларусь) моделей ND102L, ND103L, ND104L. Получено, что зависимости электрического тока шумового диода I от температуры T при постоянном напряжении обратного смещения, превышающем напряжение пробоя p–n-перехода шумового диода имеют линейный участок. Величина этого линейного участка зависит от величины превышения напряжением обратного смещения напряжения пробоя p–n-перехода шумового диода. Показано, что при напряжениях обратного смещения, превышающих напряжения пробоя p–n-перехода для температуры 318 К протяженность линейного участка зависимостей I от T
соответствовала всему исследуемому диапазону температур. Это может быть
положено в основу работы сигнализатора температуры на основе шумового
диода.
На подложках GaSb (100) получены короткопериодные сверхрешетки InAs/GaSb с компенсацией упругих напряжений, реализованных за счет внедрения интерфейсных слоев In(As)Sb. Структурное совершенство сверхрешеток и отсутствие пластической релаксации подтверждено с помощью ренгеноструктурного анализа и атомно-силовой микроскопии. На основе измерений спектров отражения показано, что край поглощения сверхрешеток расположен в районе 1000 см-1 мкм при температуре 77 К. Совокупность полученных данных демонстрирует возможность применения сверхрешёток с интерфейсной компенсацией напряжений для создания детекторов дальнего ИК-диапазона.
Представлены результаты исследования структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) на основе n-HgCdTe nBn-структуры со сверхрешеткой в барьерной области. Исследования проводились методом спектроскопии адмиттанса в широком диапазоне температур, который позволяет определять широкий спектр свойств полупроводниковых гетероструктур. Получены зависимости адмиттанса от частоты и напряжения, а также временные зависимости релаксации электрической ёмкости при импульсной подаче напряжения смещения. Определена зависимость концентрации основных носителей заряда от температуры. По температурным зависимостям продольного сопротивления объема эпитаксиальной пленки и концентрации основных носителей заряда получены значения энергий активации. Проведен анализ влияния ИК-подсветки на различные характеристики структуры. Показано, что наличие постоянной ИК-подсветки приводит к изменению уровня ёмкости как в режиме инверсии, так и в режиме обогащения
Рассмотрены физико-технологические методы подготовки поверхности монокристаллического антимонида индия (InSb) для молекулярно-лучевых процессов синтеза фоточувствительных слоев. Исследовано влияние основных параметров процессов шлифования, предфинишного полирования абразивной суспензией и финального химико-механического полирования на качество поверхности и основных параметров плоскопараллельности пластин-подложек InSb. В результате на пластинах InSb диаметром 50,8 мм достигнуты морфология поверхности и субнаношероховатый рельеф (Ra £ 0,5 нм), удовлетворяющие требованиям молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Разработана экспериментальная методика контроля качества и морфологии поверхности, основных параметров плоскопараллельности полупроводниковых подложек InSb в зависимости от изменения основных параметров процесса обработки поверхности
Методом спектрофотометрии изучен эффект воздействия электронного пучка на пероксидазу хрена (ПХ). Диапазон доз излучения варьировали от 0 до 40 кГр. Образцы 0,1 мкМ раствора фермента облучали в ускорителе электронов при энергии электронов 9,7 МэВ. Показано, что остаточная активность фермента зависит от поглощенной образцом ПХ дозы излучения. После поглощения дозы излучения от 3 до 5 кГр фермент сохранял около 50 % активности, а при дозе 40 кГр фермент полностью терял активность. Полученные результаты необходимо учитывать при разработке методов обработки пищевых продуктов и вакцинных материалов на базе электронных пучков. Полученные данные важны также при анализе возможных патологических факторов, возникающих при действии ионизирующих излучений, в том числе электронных пучков, на живые организмы.
Выполнено измерение характеристик распыла воды при инициировании диэлектриче-ского барьерного разряда в области пространства, где происходит распад на капли пленки жидкости, истекающей из отверстия форсунки. Разряд инициировался в области пространства между пленкой воды и высоковольтным электродом, окруженным диэлектрическим материалом. Измерения проводились прямым теневым методом, основанным на получении множества теневых мгновенных микрофотографий капель. Регистрировались осциллограммы тока и напряжения в цепи создания барьерного разряда. Сравнивались средние параметры, такие как средние диаметр и диаметр по Заутеру, капель в двух случаях: без инициирования разряда и при его создании в области пространства, где формируется распыл, при частоте напряжения 5 кГц и его амплитуде 10 кВ. Показано, что в случае с разрядом средние параметры капель значительно уменьшаются, а их количество увеличивается.
Представлены результаты исследования плазменного пиролиза метана с использованием плазмотрона постоянного тока с полыми электродами. Дуговая мощность
плазмотрона составляла 40–50 кВт, расход метана 0,7–1,6 г/с, соотношение расходов метана, подаваемого в реактор и плазмотрон, варьировалось в диапазоне 0–1,63.
Показано, что при увеличении отношения этих потоков концентрация водорода
уменьшается, при этом растет доля не превращённого метана. Зависимость выхода
ацетилена проходит через максимум в диапазоне отношений 0,6–1,3 с достижением
объемной концентрации на уровне 10,52 %. Степень конверсии метана в плазмотроне
достигает 98–99 %, а объемная концентрация водорода – 92–97 %.
С использованием разряда между электродами из серебра, цинка или меди, погруженными в водную суспензию хитозана и поливинилового спирта, синтезированы полимерные композиты, содержащие наночастицы серебра, оксида цинка (ZnO) или оксида меди (Cu2O). Разряд возбуждали между стержнями диаметром 1 мм при межэлектродном расстоянии 1,5 мм и среднем токе разряда 0,25 А в ячейке с объемом жидкости 100 мл. Скорость эрозии электродов (0,012–0,014 г/мин) определяли их взвешиванием до и после эксперимента. Полученные композиции исследованы методами электронной спектроскопии, рентгеновской дифракции и сканирующей электронной микроскопии. Испытания на лабораторных мышах показали, что полученные нанокомпозиты ускоряют заживление ран: полное заживление с применением композитов с наночастицами Ag или ZnO наблюдалось на 7-е – 10-е сутки, в то время как в контрольной группе – лишь на 13-е сутки.
Экспериментально показано, что термофоретической силой, действующей в тепловом поле на микрочастицы в комплексной плазме, можно эффективно управлять облаком из заряженных микрочастиц, образующемся в электростатической ловушке страты положительного столба тлеющего разряда. Обнаружено, что изменение градиента температуры теплового поля приводит к изменениям местоположения облака в объёме плазмы, формы и размера облака и подавлению колебаний микрочастиц в направлениях поперечных этому градиенту. Обнаружено, что более сильное тепловое воздействие испытывают микрочастицы большего размера, а демпфирование колебаний микрочастиц происходит совместно с изменением пространственного расположения облака. Полученные экспериментальные результаты согласуются с теоретическими представлениями о рассматриваемых явлениях
Исследование квазистационарного электромагнитного поля на оси тороидального соленоида электрометрическим методом. Произведен эксперимент по обнаружению электрического поля на оси внутреннего отверстия экранированного тороидального соленоида с переменным током частотой 50 Гц. Измеренная электрометрическим методом ЭДС составляет 250 мВ. Показа-но, что это не связано с магнитным полем рассеяния. Полученный результат объясняется присутствием на оси тороида нестационарного векторного потенциала. За счет этого возникает силовое воздействие на электроны в металлическом зонде. Обсуждаются возможные теоретические вопросы и технические задачи, связанные с использованием электрических систем тороидального типа. Исследование квазистационарного электромагнитного поля на оси тороидального соленоида электрометрическим методом. Произведен эксперимент по обнаружению электрического поля на оси внутреннего отверстия экранированного тороидального соленоида с переменным током частотой 50 Гц. Измеренная электрометрическим методом ЭДС составляет 250 мВ. Показа-но, что это не связано с магнитным полем рассеяния. Полученный результат объясняется присутствием на оси тороида нестационарного векторного потенциала. За счет этого возникает силовое воздействие на электроны в металлическом зонде. Обсуждаются возможные теоретические вопросы и технические задачи, связанные с использованием электрических систем тороидального типа.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400