Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Instytut Tele- i Radiotechniczny

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Instytut Tele- i Radiotechniczny"— Zapis prezentacji:

1 Instytut Tele- i Radiotechniczny
Centrum Zaawansowanych Technologii CM/M1 Opracowanie technologii wytwarzania elementów elektronicznych i etykiet do systemów identyfikacji radiowej z wykorzystaniem nanokompozytów i/lub polimerowych materiałów przewodzących – Etap II. Próby laboratoryjne Autorzy: mgr inż. Kamil Janeczek, mgr inż. Konrad Futera, dr Grażyna Kozioł, mgr inż. Aneta Araźna, mgr inż. Wojciech Stęplewski, mgr inż. Tomasz Serzysko, mgr inż. Krzysztof Lipiec Szanowni Państwo. Chciałbym przedstawić wyniki prac badawczych zrealizowanych w ramach projektu „Opracowanie ... „.

2 Zakres badań Badania porównawcze nanokompozytów i polimerowych materiałów przewodzących do wytwarzania etykiet do systemów identyfikacji radiowej RFID Rozbudowa stanowiska do wytwarzania układów organicznej elektroniki na bazie materiałów przewodzących oraz opracowanie oprogramowania Próby laboratoryjne drukowania materiałów funkcjonalnych na podłożach organicznych i nieorganicznych różnymi Testy funkcjonalności drukowanych elementów elektronicznych Badanie technik montażu struktur półprzewodnikowych do wytworzonych anten RFID – próby laboratoryjne Badania starzeniowe wytworzonych organicznych, drukowanych elementów elektronicznych i etykiet do systemów identyfikacji radiowej RFID Wykonane badania dotyczyły nanokompozytów i polimerowych materiałów przewodzących do wytwarzania elastycznych etykiet RFID techniką sitodruku. Ponadto, wykonano modernizację i testy stanowiska do druku strumieniowego.

3 Materiały przewodzące i podłożowe
Zastosowane polimerowe pasty przewodzące zawierały następujące typy wypełniaczy: płatki srebra, nanoproszek srebra, nanorurki węglowe, nanowłókna węglowe. Dodatkowo, celem porównania użyto komercyjne pasty srebrowe i zawierające polimer przewodzący PEDOT:PSS. Pasty nanoszono na następujące podłoża: folie PEN (polietylen naftalanu), PET (polietylen naftalatu), folię polimidową, papier fotograficzny oraz szkło. W przeprowadzonych badaniach do druku anten etykiet RFID zastosowano polimerowe pasty przewodzące zawierające następujace wypełniacze: płatki srebra, nanoproszek srebra, wielościenne nanorurki węglowe oraz nanowłókna węglowe. Oprócz tego, celem porównania testowano komercyjne pasty srebrowe oraz pasty zawierające polimer przewodzący PEDOT:PSS.

4 Badania materiałowe Badane materiały oceniano pod względem:
grubości, chropowatości i struktury inadruku, parametrów elektrycznych nadrukowanych iwarstw, współczynnika transmisji sygnału warstw, narażeń termicznych i mechanicznych inadruku. Nadrukowane warstwy oceniano pod kątem: profili i struktury nadrukowanej warstwy, jej parametrów elektrycznych, współczynnika transmisji sygnału oraz ich odporności na narażenia mechaniczne i termiczne.

5 Właściwości nadrukowanych warstw
Pasta Ra [μm] 5028 2,2 S-060 2,8 L-121 4,2 PF-050 0,7 PM-406 1,5 PM-470 nAg 0,4 EL/Ag 1,9 Na podstawie profili nadruku zmierzono grubość wykonanych warstw. Na slajdzie zestawiono uzyskane wyniki zarówno dla past komercyjnych: 5028, S-060, PF-050, PM-406, PM-470, jak i opracowanych w trakcie prowadzonych badań: L-121, nAg czy EL/Ag nadrukowanych na folii. Największą grubość 17,83 um otrzymano dla pasty L-121 zawierającą płatki srebra, a najmniejszą dla pasty z nanoproszkiem srebra 1um. Dla pozostałych past grubość nadruku wahała się w granicach 7 – 16 um. Dodatkowo, wyznaczono średnią wartość chropowatości, która jest proporcjonalna do grubości nadrukowanej warstwy. Rezystancja powierzchniowa nadrukowanych warstw jest związana z przedstawioną wcześniej grubością i mikrostrukturą nadruku. Im grubość jest większa, tym mniejsza jest rezystancja. Na slajdzie porównano rezystancję powierzchniową zmierzoną dla past srebrowych nadrukowanych pastami srebrowymi. Największą rezystancję powierzchniową 267 mOhm/kw otrzymano dla pasty L-121 pomimo, iż jej grubość była największa. Z kolei, najmniejszą 13,3 mOhm/kw dla pasty PM-406. Dla wszystkich past z wyjątkiem PM-470 zaobserwowano mniejszą rezystancję powierzchniową dla nadruków na papierze w porównaniu do nadruków na folii.

6 Mikrostruktura nadruku
PEDOT:PSS CNT płatki srebra nanosrebro PEDOT:PSS/CNT PEDOT:PSS/GPN Jednym z elementów, który wpływa na parametry drukowanych anten jest mikrostruktura nadrukowanego materiału. Ma ona istotne znaczenie dla rezystancji wytworzonych anten. Na powyższym slajdzie przedstawiono zdjęcia wykonane mikroskopem SEM dla pasty z polimerem przewodzącym i past z nanorurkami węglowymi lub nanowłóknami węglowymi oraz dla porównania pasty z płatkami srebra lub nanocząstkami srebra. Mikrostruktura nadruku nie jest jednorodna dla past zawierających polimer przewodzący PEDOT:PSS i/lub nanorurki lub nanowłókna węglowe. Prawdopodobieństwo utworzenia przewodzącej ścieżki w takich warstwach jest mniejsze niż dla warstw, w których występuje uporządkowana struktura wewnętrzna. Dlatego zostaną przeprowadzone badania nad ustawianiem nanorurek w polu elektrycznym.

7 Współczynnik transmisji sygnału
Pasty srebrowe Pasty z polimerem przewodzącym PEDOT:PSS Chcąc sprawdzić właściwości badanych materiałów w dziedzinie częstotliwości zmierzono współczynnik transmisji. Pomiary wykonano za pomocą analizatora sieci, do którego dołączone sondę złożoną ze złącz SMA i prowadnicy falowej w postaci niesymetryczny linii paskowych o impedancji charakterystycznej 50 Ohm. Dla porównania zmierzono również próbkę wykonaną z miedzi na laminacie sztywnym. Wyniki pomiarów wskazują, iż straty mocy sygnału uzyskane dla past srebrowych są porównywalne. Występujące różnice są mniejsze niż 1 dB. Charakterystyki wspóczynnika transmisji dla past z polimerem przewodzącym PEDOT:PSS oraz nanorurkami/nanowłóknami węglowymi wykazują straty mocy sygnału na poziomie ok. -60 dB. Na tej podstawie można stwierdzić, iż materiały te nie są odpowiednie do nadruku anten ze względu na ich zbyt dużą rezystancję powierzchniową.

8 Narażenia nadrukowanych warstw
Narażenia termiczne: długość cyklu: 30 min, liczba cykli: 10. Narażenia mechaniczne: droga zginania: 10 mm, szybkość: 200 mm/min, liczba cykli: do 1000. Najmniejsze zmiany po cyklach temperaturowych wykazują pasty PM-470 (R = 4,04 % po 10 cyklach) oraz CNT89 (R = -0,75 % po 10 cyklach). Pozostałe pasty srebrowe L-121, PM-406, PF-050 oraz nAg1w wykazują w przybliżeniu liniowe zmiany rezystancji w funkcji liczby cykli. Zupełnie inne zależności zaobserwowano dla past nAg2w oraz EL-P3040. Dla pierwszej z nich po 7 cyklach nastąpił gwałtowny wzrost rezystancji. Natomiast dla drugiej pasty po pierwszym cyklu rezystancja gwałtownie spadła i następnie nie zmieniała się znacząco (maksymalnie ok. 16%). Otrzymane wyniki wskazują, iż jest możliwe zmniejszenie rezystancji powierzchniowej pasty EL-P3040 bazującej na polimerze przewodzącym PEDOT:PSS poprzez proces ponownego suszenia w temperaturze +65C. Spada ona ok. 40 % w stosunku do początkowej wartości. W dalszych badaniach należy więc sprawdzić, czy również inne temperatury wpływają na zmianę parametrów elektrycznych takich warstw. Pasty srebrowe PF-050, PM-460, PM-470 i nAg1(2)w wykazują liniową zależność w funkcji liczby cykli zginania, natomiast pasta S-060 charakteryzuje się pierwiastkową zależnością. Najbardziej odporna na zginanie jest warstwa wykonana z pasty z proszkiem nanosrebra wypalana w temperaturze 300C. Po 1000 cykli jej rezystancja wzrosła 2,65%. Jest to związane z grubością tej warstwy, która wynosi 1 m. Dla nadruku dwuwarstwowego (grubość warstwy 3 m) przy użyciu tej samej pasty wzrost rezystancji po 1000 cykli jest równy 9,06 %, co potwierdza prawidłowość powyższego twierdzenia. Ponadto, jest on proporcjonalny do zmian grubości nadruku warstwy. Najmniej odporne na zginanie są warstwy wykonane z past L-121 i Może to być spowodowane formą i rozmiarem cząstek srebra. Pasty L-121 i 5028 zawierają płatki srebra, które prawdopodobnie przyczyniają się do mniejszej odporności w stosunku do past składających się z proszku srebra. Przyczyną większej podatności na zginanie w stosunku do warstwy nadrukowanej pastą nAg jest również znacznie większa ich grubość równa odpowiednio 20 m i 11,5 m. zginanie

9 Współczynnik odbicia S11
L-121 L-121 Na slajdzie przedstawiono przykładowe wyniki pomiarów współczynnika odbicia dla anteny wykonanej pastą z nanoproszkiem srebra dla nadruku 1- i 2-warstwowego. Na podstawie zmierzonych charakterystyk można określić częstotliwość rezonansu podstawowego anteny oraz zbadać wpływ różnych czynników takich jak rodzaj użytej pasty, podłoża oraz wpływ nadruku wielowarstwowego na pracę anteny. W przeprowadzonych badaniach stwierdzono, iż największe znaczenie ma typ użytego przewodnika, ale należy wziąć pod uwagę również nadruk wielowarstwowy i zastosowane podłoże.

10 Montaż struktury półprzewodnikowej
Chcąc sprawdzić w praktyce, czy otrzymane pomiary są wiarygodne, dołączono strukturę półprzewodnikową do anten nadrukowanych pastą z nanoproszkiem srebra oraz pastą srebrową komercyjną. Próby odczytu wykonanej etykiety zakończyły się powodzeniem. Czytnik zidentyfikował prawidłowo etykiety odczytują kod EPC. Celem zabezpieczenia etykiet przed działaniem szkodliwych czynników zewnętrznych struktury półprzewodnikowe zalano żywicą. Nie wpłynęło to na pracę etykiety.

11 Stanowisko do druku strumieniowego
Innowacyjny system próżniowy Oprócz etykiet RFID w trakcie realizacji projektu wykonano modernizację stanowiska do druku strumieniowego. Rozbudowa polegała na rozszerzeniu możliwości stołu roboczego o próżniowy system unieruchamiający próbkę oraz o system kontroli temperatury próbki. System próżniowy został zaprojektowany specjalnie do obróbki materiałów typowych dla technologii InkJet. Zmodyfikowano również system pozycjonowania, co pozwoliło osiągnąć ponad dwukrotnie większe dokładności pozycjonowania, względem oprogramowania dostarczonego przez producenta napędów. Schemat stanowiska Stół roboczy

12 Oprogramowanie Algorytm eliminujący błędy pozycjonowania.
Oprogramowanie do obsługi drukarki zostało napisane w języku C++. Zostało ono wzbogacone o moduł CAM, ułatwiający użytkownikowi wprowadzanie wzorów do druku. W obecnej wersji interfejs oferuje wprowadzanie podstawowych kształtów geometrycznych, odcinka, prostokąta, obszaru prostokątnego (prostokąta wypełnionego), wycinka okręgu, wycinka koła, spirali o dowolnym skoku. Listę można wzbogacać o nowe kształty definiując odpowiednie zależności y(x). Ułatwiono także sposób wprowadzania danych do sterownika napędów przez dodanie interfejsu użytkownika oraz możliwości ich zapisu. Interfejs użytkownika oprogramowania do sterownia drukarką Wynik próby pozycjonowania z zastosowaniem różnych algorytmów sterowania.

13 Cechy opracowanego stanowiska
obszar drukowania 50x50 mm zakres lepkości tuszy 1-35 cPs zakres pH tuszy 1-13 dokładność pozycjonowania ±1µm adaptacyjny algorytm regulacji napędów próżniowy stół roboczy regulowana temperatura stołu w zakresie °C (przy temperaturze pokojowej 20°C) podgląd kropli w czasie rzeczywistym w trakcie drukowania pozycjonowanie z użyciem punktów referencyjnych graficzny interfejs do projektowania wydruków możliwość projektowania struktur warstwowych Opracowane stanowisko jest wyposażone w próżniowy stół roboczy z regulowaną temperaturą. Umożliwia wytwarzanie struktur wielowarstwowych oraz podgląd kropli w czasie rzeczywistym w czasie drukowania. Poza tym, charakteryzuje się dokładnością pozycjonowania +1 um oraz adaptacyjny algorytm regulacji napędów.

14 Próby laboratoryjne druku
Linia tuszu nanosrebrowego na szkle Test drukowania obszaru i linii prostych Struktura trójwarstwowa: dielektryk, półprzewodnik, przewodnik Plan badań prób został ograniczony z powodu awarii głowicy drukującej wywołanej przez awarię kompresora. Wykonano serię wydruków przy użyciu tuszu opartego na nanosrebrze firmy Amepox. Uzyskano ścieżkę o szerokości ok. 100 um przy zastosowaniu głowicy o średnicy 50 um. Wpływ temperatury na pofalowanie ścieżek. Podnoszenie temperatury to jedna z metod minimalizowania wpływu nakładania się wydrukowanych punktów fizycznych [28]. Na rysunku 55 b) widać ścieżkę na której średnia szerokość ścieżki wynosi 86µm±4µm. Jest doskonały wynik, biorąc pod uwagę średnicę dyszy głowicy (50µm), głowice komercyjnych drukarek o średnicy 24µm, pozwalają na drukowanie ścieżek o szerokości 70µm [24], nie posiadają one tak zaawansowanych możliwości optymalizacji parametrów procesu oraz dokładnej kontroli pojedynczej kropli. Tusz Amepox na podłożu alundowym; a) ITR, b) Dimatix. Wpływ temperatury podłoża na geometrię ścieżki; a) temperatura 30°C, b) temperatura 70°C.

15 Podsumowanie anteny wykonane pastami srebrowymi (L-121, nAg, S-060, 5028) charakteryzowały się porównywalnymi parametrami, anteny nadrukowane pastami z nanorurkami lub nanowłóknami węglowymi nie wykazywały poprawnej pracy, najlepszymi właściwościami cechowała się antena wykonana pastą z nanoproszkiem srebra, wykonano demonstrator drukowanej etykiety RFID na podłożu elastycznym, zmodernizowane stanowisko do druku strumieniowego jest konkurencyjne z komercyjnymi drukarkami pod względem precyzji i możliwości druku oraz ceny, wykonano precyzyjne struktury 1, 2 i 3 warstwowe. Stanowiące bazę do wytwarzania organicznych elementów elektronicznych

16 Prezentacja wyników - konferencje
I Konferencja Naukowo-Techniczna „Organiczna, Drukowana i Elastyczna Elektronika”, Warszawa, 22 – 23 kwietnia 2010 XXVIth IEEE-SPIE Joint Sympodium on Photonics, Web Engineering, Electronics for Astronomy and High Energy Physics Experiments, Wilga, Poland, May 24 – 30, 2010 IX Krajowa Konferencja Elektroniki, Darłówko Wschodnie, 30 maja – 2 czerwca 2010 Electronics System Integration Technology Conferences ESTC, Berlin, Germany, September 13 – 16, 2010 46th International Conference on Microelectronics, Devices and Materials with the Workshop on Optical Sensors, Radenci, Slovenia, September 29 –October 1, 2010 10th Elektron Technology Conference ELTE 2010 and 34th International Microelectronics and Packaging IMAPS-CMPT Poland Conference, Wrocław, wrzesień 2010 XII International PhD Workshop OWD 2010, Wisła, October 23 – 26, 2010

17 Prezentacja wyników - artykuły
K. Janeczek, G. Kozioł, „Drukowane, elastyczne anteny etykiet do systemów identyfikacji radiowej RFID”, Elektronika, nr 9/2010 K. Janeczek, A. Młożniak, G. Kozioł, A. Araźna, M. Jakubowska, P. Bajurko, „Screen printed UHF antennas on flexible substrates”, SPIE Digital Library, 2010 K. Futera, M. Jakubowska, G. Kozioł, “Printed electronic on flexible and glass substrates”, SPIE Digital Library, 2010 J. Sitek, K. Futera, K. Janeczek, K. Bukat, W. Stęplewski, M. Jakubowska, “Investigation of inkjet technology for printed organic electronics”, Elektronika (w druku) K. Janeczek, M. Jakubowska, G. Kozioł, A. Młożniak, A. Araźna, “Investigation of new materials for UHF antennas printed on low-cost flexible substrates”, Thin Solid Films (wysłany do wydawnictwa) Monografia Instytutu Tele- i Radiotechnicznego „Drukowana elektronika w Polsce”, Praca zbiorowa pod redakcją Małgorzaty Jakubowskiej i Janusza Sitka, Rozdział: K. Janeczek, A. Młożniak, G. Kozioł, M. Jakubowska, P. Bajurko, Y. Yashchyshyn „Anteny na zakres UHF wykonane techniką sitodruku na podłożach elastycznych”, 2010 Monografia Instytutu Tele- i Radiotechnicznego „Drukowana elektronika w Polsce”, Praca zbiorowa pod redakcją Małgorzaty Jakubowskiej i Janusza Sitka, Rozdział: J. Sitek, K. Futera, M. Kościelski, K. Bukat, G. Kozioł, „Materiały i technologia wytwarzania elementów elektronicznych techniką druku strumieniowego (InkJet) – możliwości i ograniczenia”, 2010

18 Zgłoszenia patentowe K. Janeczek, G. Kozioł, M. Jakubowska, A. Młożniak, „Polimerowa pasta srebrowa do druku anten etykiet RFID”, 2010 K. Janeczek, G. Kozioł, „Stanowisko do badania odporności na narażenia mechaniczne drukowanych etykiet RFID”, 2010

19 Nagrody i wyróżnienia K. Futera, Certificate of Excellence for ex equo Third Place PhD Student Presentation, SPIE IEEE PSP Wilga 10 Symposium K. Futera, Dyplom uznania za zajęcie trzeciego miejsca ex equo w konkursie SPIE na najlepszą prezentację doktorancką, Photonic Society of Poland K. Futera, Distinguished Paper Award for the paper presented during the XII International PhD Workshop OWD 2010 K. Janeczek, Distinguished Paper Award for the paper presented during the XII International PhD Workshop OWD 2010

20 Dziękuję za uwagę Dziękuję za uwagę.


Pobierz ppt "Instytut Tele- i Radiotechniczny"

Podobne prezentacje


Reklamy Google