什么是印刷電子設計？

2021-07-23

什么是印刷電子設計？

什么是印刷電子設計？答案很簡(jiǎn)單：它是電子設計。您利用電路理論、數學(xué)計算和基于計算機的模擬進(jìn)行電子設計。您使用印刷電子材料為產(chǎn)品設計電氣功能和性能。材料是關(guān)鍵，因為用于印刷電子產(chǎn)品的材料與用于傳統 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(xiàn)是如何完成的。首先，電子工程師設計它，根據電氣要求定義尺寸，設計準備好后，發(fā)布制造文件。 

在制造過(guò)程中，PCB 是根據設計文件通過(guò)在 PCB 的銅上復制電路來(lái)制造的，例如，通過(guò)將掩蔽的紫外線(xiàn)敏感光刻膠膜暴露在紫外線(xiàn)下。然后，沒(méi)有暴露在紫外線(xiàn)下的銅被蝕刻掉。結果是設計的痕跡。其尺寸正確且滿(mǎn)足電氣要求。在印刷電子產(chǎn)品中，我們需要實(shí)現相同的結果，但需要采用新的設計規則、材料和制造方法。

印刷電子設計的輸入和輸出與PCB設計基本相同。輸入和輸出之間的技巧也是一樣的：電子設計。您需要將材料信息和設計規則納入您的設計過(guò)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)品的電子設計中是有效的，它們設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，但電路設計看起來(lái)和實(shí)際上是不同的。這是因為電路中使用的材料的物理能力和局限性。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，需要將阻抗調整到相同的水平或設置特定于電路的電壓水平。這些參數我們通常需要在印刷電子設計中發(fā)揮作用。我們正在通過(guò)微調阻抗和設置正確的電壓電平來(lái)尋找最佳解決方案。

在電子設計中，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 材料的介電常數等。這與您需要從印刷電子產(chǎn)品中了解的參數完全相同。什么是銀墨導體的最終厚度，它的平方電阻是多少，基板材料的介電常數是多少？您為這些新材料執行電子設計。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)上有數百種不同的導電油墨，每種都有獨特的方形電阻率。一些墨水具有高導電性（通常仍遠高于純銅），但固化后這些墨水根本無(wú)法伸長(cháng)。其他油墨固化后可以拉伸，但導電性更差。在電子設計中，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)設計挑戰是印刷電子產(chǎn)品中使用的材料參數取決于所使用的產(chǎn)品。例如，如何印刷導電油墨、如何固化這些油墨、導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計的生產(chǎn)。否則必須根據您設計的電路要求設置生產(chǎn)。了解印刷電子產(chǎn)品的制造方式非常重要。這在 PCB 中沒(méi)有任何區別，您需要知道這些是如何構建的以及這種特定生產(chǎn)的限制是什么，但在 PCB 中，制造方法更加標準化，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(méi)有達到這個(gè)水平。

導電油墨可以通過(guò)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(guò)谷歌搜索，您還可以找到許多其他方法。與印刷過(guò)程相關(guān)的關(guān)鍵是了解制造能力及其局限性。走線(xiàn)之間需要的最小間隙是多少？您可以使用多少導電層？走線(xiàn)的最小和最大寬度是多少？熟悉您將要使用的產(chǎn)品的設計規則，并根據這些設計規則檢查設計。PCB 設計工具中可用的許多設計規則都可以在具有正確規則定義的印刷電子設計中使用。如果制造包括電子設計工具不支持的設計規則，則意味著(zhù)您必須進(jìn)行手動(dòng)設計規則檢查。例如，如果您可以使用由印刷電介質(zhì)隔離的多個(gè)導電層，這意味著(zhù)您在第一和第二導電層走線(xiàn)之間的設計規則與印刷在同一層上的走線(xiàn)完全相同。并且這是不支持的標準 PCB 設計工具。

此外，印刷電子產(chǎn)品需要組件來(lái)獲得功能，并且在印刷電子電路上組裝組件不是標準的焊接工藝。印刷電子產(chǎn)品中使用的典型材料是塑料，這意味著(zhù)與 PCB 或 FPC 相比，這些熱特性是不同的。這意味著(zhù)粘合劑材料也不同。低溫焊料、導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？您需要特殊的禁區嗎？您可以在印刷電子設備上安裝哪些組件？與PCB的SMA相比，這些是需要從不同角度思考的問(wèn)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該提供點(diǎn)膠圖來(lái)代替？事先檢查 SMA 的要求。 

因為印刷電子是相當新的技術(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電油墨，這取決于制造設備和方法在現成部件中的特性如何。設計取決于實(shí)現新材料和制造方法的電子學(xué)理論。對我來(lái)說(shuō)，電子設計意味著(zhù)利用理論、物理和數學(xué)來(lái)確保電氣功能和性能。這些方法需要材料知識作為輸入。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(méi)有計算的情況下完成的。那么它不是設計，而是猜測。