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什么是印刷電子設(shè)計(jì)？
什么是印刷電子設(shè)計(jì)？
什么是印刷電子設(shè)計(jì)？答案很簡(jiǎn)單：它是電子設(shè)計(jì)。您利用電路理論、數(shù)學(xué)計(jì)算和基于計(jì)算機(jī)的模擬進(jìn)行電子設(shè)計(jì)。您使用印刷電子材料為產(chǎn)品設(shè)計(jì)電氣功能和性能。材料是關(guān)鍵，因?yàn)橛糜谟∷㈦娮赢a(chǎn)品的材料與用于傳統(tǒng) PCB 的材料具有不同的電氣性能特性。此外，電子產(chǎn)品是使用印刷電子材料以不同方式制造的。眾所周知，PCB 走線是如何完成的。首先，電子工程師設(shè)計(jì)它，根據(jù)電氣要求定義尺寸，設(shè)計(jì)準(zhǔn)備好后，發(fā)布制造文件。
在制造過程中，PCB 是根據(jù)設(shè)計(jì)文件通過在 PCB 的銅上復(fù)制電路來制造的，例如，通過將掩蔽的紫外線敏感光刻膠膜暴露在紫外線下。然后，沒有暴露在紫外線下的銅被蝕刻掉。結(jié)果是設(shè)計(jì)的痕跡。其尺寸正確且滿足電氣要求。在印刷電子產(chǎn)品中，我們需要實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果，但需要采用新的設(shè)計(jì)規(guī)則、材料和制造方法。
印刷電子設(shè)計(jì)的輸入和輸出與PCB設(shè)計(jì)基本相同。輸入和輸出之間的技巧也是一樣的：電子設(shè)計(jì)。您需要將材料信息和設(shè)計(jì)規(guī)則納入您的設(shè)計(jì)過程，并且輸出是制造文件。相同的物理定律在 PCB 和印刷電子產(chǎn)品的電子設(shè)計(jì)中是有效的，它們?cè)O(shè)定了可以做什么的界限。兩個(gè)電路，一個(gè)由 PCB 制成，另一個(gè)由印刷電子產(chǎn)品制成，可以具有完全相同的功能，但電路設(shè)計(jì)看起來和實(shí)際上是不同的。這是因?yàn)殡娐分惺褂玫牟牧系奈锢砟芰途窒扌?。在這兩個(gè)電路中，您都需要在阻抗上施加電壓差才能使電流流動(dòng)。要在兩個(gè)電路中獲得相同的電流，需要將阻抗調(diào)整到相同的水平或設(shè)置特定于電路的電壓水平。這些參數(shù)我們通常需要在印刷電子設(shè)計(jì)中發(fā)揮作用。我們正在通過微調(diào)阻抗和設(shè)置正確的電壓電平來尋找最佳解決方案。
在電子設(shè)計(jì)中，了解最終產(chǎn)品的材料特性至關(guān)重要。從 PCB 中，您可以了解銅厚度、薄層電阻、其熱性能、PCB 材料的介電常數(shù)等。這與您需要從印刷電子產(chǎn)品中了解的參數(shù)完全相同。什么是銀墨導(dǎo)體的最終厚度，它的平方電阻是多少，基板材料的介電常數(shù)是多少？您為這些新材料執(zhí)行電子設(shè)計(jì)。歐姆定律、基爾霍夫電路理論定律和麥克斯韋方程也適用于印刷電子產(chǎn)品。市場(chǎng)上有數(shù)百種不同的導(dǎo)電油墨，每種都有獨(dú)特的方形電阻率。一些墨水具有高導(dǎo)電性（通常仍遠(yuǎn)高于純銅），但固化后這些墨水根本無法伸長(zhǎng)。其他油墨固化后可以拉伸，但導(dǎo)電性更差。在電子設(shè)計(jì)中，了解最終固化后所用墨水的方形電阻是什么至關(guān)重要。
另一個(gè)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是印刷電子產(chǎn)品中使用的材料參數(shù)取決于所使用的產(chǎn)品。例如，如何印刷導(dǎo)電油墨、如何固化這些油墨、導(dǎo)體下方的其他印刷油墨如何影響最終的方形電阻。你改變你可能需要改變你的布局設(shè)計(jì)的生產(chǎn)。否則必須根據(jù)您設(shè)計(jì)的電路要求設(shè)置生產(chǎn)。了解印刷電子產(chǎn)品的制造方式非常重要。這在 PCB 中沒有任何區(qū)別，您需要知道這些是如何構(gòu)建的以及這種特定生產(chǎn)的限制是什么，但在 PCB 中，制造方法更加標(biāo)準(zhǔn)化，每種制造都基本相似，但能力略有不同。在印刷電子領(lǐng)域，我們還沒有達(dá)到這個(gè)水平。
導(dǎo)電油墨可以通過多種方法印刷。最常用的方法是絲網(wǎng)印刷和噴墨印刷，通過谷歌搜索，您還可以找到許多其他方法。與印刷過程相關(guān)的關(guān)鍵是了解制造能力及其局限性。走線之間需要的最小間隙是多少？您可以使用多少導(dǎo)電層？走線的最小和最大寬度是多少？熟悉您將要使用的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)規(guī)則，并根據(jù)這些設(shè)計(jì)規(guī)則檢查設(shè)計(jì)。PCB 設(shè)計(jì)工具中可用的許多設(shè)計(jì)規(guī)則都可以在具有正確規(guī)則定義的印刷電子設(shè)計(jì)中使用。如果制造包括電子設(shè)計(jì)工具不支持的設(shè)計(jì)規(guī)則，則意味著您必須進(jìn)行手動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查。例如，如果您可以使用由印刷電介質(zhì)隔離的多個(gè)導(dǎo)電層，這意味著您在第一和第二導(dǎo)電層走線之間的設(shè)計(jì)規(guī)則與印刷在同一層上的走線完全相同。并且這是不支持的標(biāo)準(zhǔn) PCB 設(shè)計(jì)工具。
此外，印刷電子產(chǎn)品需要組件來獲得功能，并且在印刷電子電路上組裝組件不是標(biāo)準(zhǔn)的焊接工藝。印刷電子產(chǎn)品中使用的典型材料是塑料，這意味著與 PCB 或 FPC 相比，這些熱特性是不同的。這意味著粘合劑材料也不同。低溫焊料、導(dǎo)電膠或其他粘合劑材料是印刷電子 SMA 的典型材料，這些可能需要對(duì)組件進(jìn)行特殊封裝。你能把痕跡放在組件下面嗎？您需要特殊的禁區(qū)嗎？您可以在印刷電子設(shè)備上安裝哪些組件？與PCB的SMA相比，這些是需要從不同角度思考的問題。除此之外，表面貼裝組件的制造文件可能會(huì)有所不同。您可以使用粘貼模板文件還是應(yīng)該提供點(diǎn)膠圖來代替？事先檢查 SMA 的要求。
因?yàn)橛∷㈦娮邮窍喈?dāng)新的技術(shù)領(lǐng)域，材料特性和制造方法的信息不像 PCB 那樣可用。除此之外，還有大量具有不同電氣特性的印刷導(dǎo)電油墨，這取決于制造設(shè)備和方法在現(xiàn)成部件中的特性如何。設(shè)計(jì)取決于實(shí)現(xiàn)新材料和制造方法的電子學(xué)理論。對(duì)我來說，電子設(shè)計(jì)意味著利用理論、物理和數(shù)學(xué)來確保電氣功能和性能。這些方法需要材料知識(shí)作為輸入。我在印刷電子產(chǎn)品中看到缺乏材料信息，有時(shí)決策是在沒有計(jì)算的情況下完成的。那么它不是設(shè)計(jì)，而是猜測(cè)。