курсовик Полиграфические технологии. Ф едеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

• Название: Ф едеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
• Дата: 04.09.2022
• Размер: 0.63 Mb.
• Имя файла: курсовик Полиграфические технологии.docx
• Тип: Реферат; #661341

Министерство науки и высшего образования

Ф ЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Полиграфический институт

Кафедра: Технологии и управление качеством в полиграфическом и упаковочном производстве
Направление подготовки

29.03.03.01 «ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛИГРАФИЧЕСКОГО И УПАКОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА (ДИЗАЙН И ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛИГРАФИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА, ДИЗАЙН И ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ УПАКОВКИ, ПОЛИГРАФИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В НАНО- И МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ)

Курсовая работа

Дисциплина:

Полиграфические технологии в производстве изделий микроэлектроники

Тема:

Печатная электроника

Выполнил(а): студентк(ка) группы 191-763

Беляева Александра Васильевна

^{(Фамилия И.О.)}

Проверил:

^{(Фамилия И.О., степень, звание)}
Реферат

Оглавление

Введение

Возможность применения процессов полиграфии для изготовления электронных компонентов (беспроводных устройств, таких как радиочастотные идентификаторы, компоненты дисплеев, микросхем) исследуется с начала столетия многими частными компаниями, государственными научными организациями, вузами [7].

Эти процессы новые, и технологии формирования компонентов отличаются от традиционных. Технология "печати" изображения, травления и гравировки уже широко используется при производстве печатных плат. Совместное применение новых функциональных чернил (со свойствами проводников, полупроводников и диэлектриков) и современных полиграфических платформ (глубокой, флексографской, струйной печати, гравировки) позволяет существенно снизить стоимость изделий электронной техники, увеличить эффективность их производства, создавать гибкие приборы с улучшенными рабочими характеристиками, повышенной надежностью и экологической безопасностью [7].

Некоторые изделия печатной электроник (такие как устройства преобразования световой или солнечной энергии в электроэнергию) уже представлены на рынке, и спрос на них непрерывно растет. Другие же, например печатные транзисторы, только-только появляются на рынке [7].

Цель работы проанлизировать источники по микроэлектроники и разработать симисторный регулятор мощности.

Задачи:

• 
  подобрать актуальные источники;
  
• 
  проанализировать статьи и потенты;
  
• 
  спроектировать процесс изготовлени симисторного регулятора мощности.
  

1 Основные понятия печатной электроники

Привлекательность печатных технологий для изготовления электроники связана с возможностью подготовить послойные микро структурированные заготовки (и тем самым изготовить тонкопленочные устройства) гораздо более простым и экономически эффективным способом по сравнению с обычной электроникой. Кроме того, возможность реализации новых или более совершенных функциональных возможностей (например, механическая гибкость). Выбор используемых печатных методов определяется требованиями, касающимися печатных слоёв, свойствами печатных материалов, а также экономическими и техническими соображениями в терминах печатной продукции.

Печатная электроника — область электроники, занимающаяся созданием электронных схем с помощью печатного оборудования, которое позволяет наносить на поверхность плоской подложки специальные чернила (токопроводящие, полупроводниковые, резистивные и т.д.) и, таким образом, формировать на ней активные и пассивные элементы, а также межэлементные соединения в соответствии с электрической схемой [6].

В производстве органической, неорганическое или гибридной печатной электроники используют различные способы печати, существенно отличающиеся оборудованием, составом и вязкостью типографской краски. В зависимости от необходимой разрешающей способности и производительности на разных стадиях изготовления электронных компонентов применяют: лазерную абляцию, фотолитографию, глубокую, офсетную, струйную печать, трафаретную печать в плоском и ротационном вариантах. Слои разных материалов (красок) на гибком основании могут находиться на одном уровне и не контактировать между собой (аппликация), но чаще всего располагаются друг под другом, образовывая многослойное тело комбинированного отпечатка. [5].

2 Обзор печатной электроники

Печатная электроника активно развивается в данный момент. Данная технология позволит в скором будущем сократить сроки прототипирования изделий электроники и самостоятельно изготовить схему и элементы любых уровней сложности [2].

При помощи технологий печатной электроники можно изготовить или планирую изготавливать изделия следующих разнообразных назначений:

• 
  RFID-метки;
  
• 
  Печатные батарейки;
  
• 
  Электрические схемы и полупроводниковые структуры [2].
  
• 
  Игрушки;
  
• 
  Тонкопленочных солнечных элементов;
  
• 
  Дисплеев и визуальных эффектов;
  
• 
  Хранения данных [6].
  

Для изготовления печатных компонентов могут использоваться как органические, так и неорганические материалы, а также и те, и другие совместно. К числу неорганических материалов, пригодных для создания печатных элементов, относятся металлические наночастицы, например серебра, растворенные в жидком носителе квантоворазмерные частицы кремния, пасты на основе их сплавов. (Рисунок 1)

Эти неорганические материалы, позволяют формировать печатные схемы, которые стоят во много раз меньше, чем традиционные устройства, отличаются низким удельным сопротивлением и большей стабильностью параметров.

Неорганические материалы уже достаточно широко используются в печатной электронике: металлические пасты – для создания проводников обогреваемых ветровых стекол, в мембранных клавиатурах и печатных платах, а также в датчиках тест-полосок для измерения содержания глюкозы в крови [7].

Электронная функциональность и пригодность к печати могут противоречить друг другу, поэтому обязательно требуется тщательная оптимизация. Например, более высокий молекулярный вес полимеров увеличивает проводимость, но при этом снижается растворимость. При печати вязкость, поверхностное натяжение и твёрдые вкрапления должны быть под жёстким контролем. Межслойное взаимодействие, например, смачивание, адгезия и растворимость, а также процедуры сушки после нанесения влияют на результат.

Часто используемые в обычных печатных красках добавки здесь не подходят, потому что они могут нарушать электронную функциональность [10].

Условные обозначения на Рисунке 1.1:

1. 
   темно-зелёным цветом обозначены элементы, для которых наиболее перспективно использование неорганических материалов;
   
2. 
   светло-зеленым – элементы, для которых перспективны гибридные решения с использованием органических и неорганических материалов;
   
3. 
   красным – элементы на органических материалах.
   

Рисунок 2.1 – Применение материалов для изготовления основных элементов печатной электроники.

Органическая печатная электроника своим появлением обязана открытию в 70-е годы прошлого столетия полупроводниковых свойств сопряженных полимеров. В отличие от обычных полупроводников, пленки таких полимеров представляют собой смесь химических веществ с дырочной и электронной проводимостью, границы раздела которых распределены по всему трехмерному объему пленки. Органические материалы легче, эластичнее и дешевле неорганических материалов.

Для формирования электронных устройств с помощью стандартной струйной печати при комнатной температуре и атмосферном давлении их можно переводить в жидкое состояние. Они отличаются механической гибкостью, возможностью регулировки функциональных свойств прибора (например, изменение цвета излучения органических светодиодов) за счет модификации химического состава.

Органическая электроника – перспективный и инновационный раздел электроники, который в первую очередь позволит коренным образом изменить разработку и производство устройств отображения информации и быстро, с минимальными затратами, наладить серийный выпуск легких и гибких дисплеев. Органические материалы перспективны и для изготовления многих новых печатных электронных устройств, которые не могут быть созданы с помощью традиционных технологий:

• 
  электронную бумагу,
  
• 
  интеллектуальные/гибкие окна;
  
• 
  и т.п.);
  

и к производительности, которых не предъявляются высокие требования [7].

Появление микросхем для ПК и мобильных телефонов на основе нового органического полупроводника маловероятно. Его основные области применения, прежде всего, устройства радиочастотной идентификации (RFID), органические дисплеи и датчики.

Следовательно, есть 2 варианта для дальнейшего развития печатной электроники:

1. 
   Искать новые неорганические материалы;
   
2. 
   Сосредоточиться на улучшении свойств существующих органических материалов.
   

Обе технологии со своими достоинствами и недостатками существуют совместно (Рисунок 2).



Рисунок 2.2 – Возможность применения неорганических (слева) и органических (справа) материалов печатной электроники.

2.2 Технология производства печатной электроники

Появление печатных электронных схем связано с разработкой новых материалов, которые при определённых условиях способны заменить кремний в электронных и компьютерных технологиях. Оказалось, что некоторые вещества (в т. ч. органические полимеры и наночастицы металлических соединений) можно добавлять в жидкости, выполняющие функции красок или чернил, которые затем наносятся на подложку и создают активные или пассивные устройства, такие как тонкоплёночные транзисторы или резисторы ^[10].

В обычной печати слои краски, как правило, наносятся на бумагу, но для печатной электроники она оказалась малопригодной. Шероховатая поверхность бумаги и быстрое поглощению ею воды вызвали перенос внимания на такие материалы, как пластик, керамика или кремний.

При печатании обычно используется типовое печатное оборудование, в частности, оборудование для

• 
  трафаретной печати;
  
• 
  флексографии;
  
• 
  ротогравюрой;
  
• 
  офсетной печати;
  
• 
  а также струйные принтеры.
  

Как и в обычной печати, в печатной электронике чернила наносятся слоями друг на друга, так что согласованное развитие методов печати и материалов чернил является важнейшими задачами этого направления [10].

Термин печатная электроника тесно связан с органической или пластиковой электроникой, в которой одно или несколько чернил состоят из углеродных соединений.

Термин органическая электроника связан именно с материалом чернил, которые могут быть нанесены из раствора вакуумным напылением или другим способом. В отличие от неё, название печатная электроника определяется технологическим процессом, а не материалом [10].

Здесь могут использоваться любые материалы:

• 
  органические полупроводники,
  
• 
  неорганические полупроводники,
  
• 
  металлические проводники,
  
• 
  наночастицы,
  
• 
  углеродные нанотрубки
  
• 
  и др. [10].
  

Характеристики устройств печатной электроники, как правило, хуже, чем у обычных электронных приборов, но последние дороже по стоимости. Именно низкая стоимость является наиболее важным преимуществом печати, особенно для крупномасштабного производства [10].

Ожидается, что печатная электроника будет содействовать повсеместному распространению электроники с очень низкой стоимостью, для таких приложений, как гибкие дисплеи, радиочастотная идентификация, декоративные и анимированные плакаты, активные покрытия и др., то есть для тех изделий, для которых не требуется высокая производительность электронных схем [10].

Более низкая стоимость позволяет использовать изделия в большем числе приложений. Примером может служить система радиочастотной идентификации, которая обеспечивает бесконтактную идентификацию товаров в области торговли и транспорта. В некоторых областях, таких как производство светодиодов, печать не влияет на производительность изделий. Печать на гибких подложках позволяет создавать изделия электроники на изогнутых поверхностях, например, монтировать солнечные батареи на крышах автомобилей [10].

Печатная технология формирования полупроводниковых приборов, которая основана на разнообразных и отработанных методах печати, позволяет значительно увеличить производительность их изготовления. Но, в то время как традиционная печатная техника создает изображения, хорошо воспринимаемые невооруженным глазом, при изготовлении электронных устройств необходимо получать их требуемые электрические, механические и оптические свойства. Независимо от метода печати для изготовления печатных электронных приборов нужны самые современные технологии и оборудование [7].

Практически любая техника печати пригодна для изготовления печатной электроники, но при этом для различных типов приборов существуют предпочтительные методы и материалы. Возможно объединение нескольких методов для создания прибора. Но каждая техника имеет свои достоинства и недостатки [7].

Для производства изделий печатной электроники может быть использована:

• 
  Глубокая печать;
  
• 
  Флексографская печать;
  
• 
  Офсетная печать;
  
• 
  Струйная печать;
  
• 
  Трафаретная печать;
  
• 
  Нанолитография;
  
• 
  Лазерная абсталяция [2].
  

2.3 Печать, как косвенный процесс

Печатные технологии делятся на листовую и рулонную. Листовые методы, такие как струйная и трафаретная печать, лучше всего подходят для высокоточной работы при небольших объёмах. Ротогравюрная, офсетная и флексографская печати более приемлемы при больших объёмах производства, например, при изготовлении солнечных батарей, когда достигается производительность 10 000 квадратных метров в час (м²/ч).

В то время как офсетная и флексографская печати используются главным образом для неорганических и органических проводников (последняя также и для диэлектриков), ротогравюрная печать, благодаря высокому качеству слоёв, особенно подходит для органических полупроводников и переходов полупроводник-диэлектрик в транзисторах

В сочетании с высоким разрешением, ротогравюрная печать подходит также для неорганических и органических проводников. Органические полевые транзисторы и интегральные схемы могут быть полностью изготовлены с помощью серийных методов печати [10].

Струйная и трафаретная печать обычно делается на жёстких носителях, таких как стекло и кремний [6].

Трафаретная печать – еще одна популярная технология, применяемая для изготовления печатных электронных устройств путем продавливания пасты через соответствующий трафарет. Эта технология может использоваться для нанесения пленок относительно большой толщины на разнообразные подложки за один этап. Но она не позволяет получать очень тонкие пленки. Долгое время считалась, что разрешение трафаретной печати невелико, однако современное оборудования позволяет изготавливать элементы размером до 40 μm. При этом края линий более четкие, чем у линий, формируемых струйной печатью [7].

Плоская трафаретная печать является одним из наиболее распространённых способов печати различных электропроводящих схем и используется в производстве электроники на протяжении многих лет. Основным достоинством трафаретного способа печати электроники является возможность получения большой толщины носимых слове (до 100 мкм и более) за одну операцию, что невозможно достичь с помощью любого другого способа печати [5].

Нанолитография (Рисунок 3) – относительно новая технология, основанная на традиционной фотолитографии. На подложку методом центрифугирования или осаждения наносится жидкий резист, на котором с помощью трехмерного штампа формируется требуемый рисунок элементов (Рисунок 3а). Пленка резиста отверждается либо путем нагрева, либо с помощью УФ-излучения (Рисунок 3б). После удаления штампа отвержденный резист сохраняет его форму (Рисунок 3в), а оставшаяся пленка стравливается (Рисунок 3г). Структурированный резист может использоваться либо в качестве шаблона для формирования рисунка последующих слоев прибора, либо как функциональный слой прибора. Разрешение этой технологии ограничено лишь разрешением процесса изготовления штампа. Ширина линий может составлять 20 нм. Основная трудность – формирование резистивных материалов с нужными электрическими и оптическими свойствами [7].



Рисунок 2.3.1 – Последовательность операций нанолитографии

2.4 Печать, как прямой способ

Печатная электроника позволяет использовать гибкие подложки, что снижает издержки производства и обеспечивает изготовление механически гибких схем. В массовых методах печати почти исключительно используется гибкая фольга и иногда специально обработанная бумага.

Но чаще всего используется плёнка из полиэтилентерефталата (ПЭТ) благодаря низкой стоимости и высокотемпературной стабильности. Альтернативой являются полиэтиленнафталат (PEN) и фольга из полиимида (PI).

Из-за низкой стоимости и многообразия применений бумага является привлекательной подложкой, но её высокая шероховатость и большая впитывающая способность делает её применение для электроники проблематичным [6].

Причины, по которым разнообразные конфигурации гибких печатных плат можно встретить в качестве меж соединительных элементов гораздо чаще, чем жесткие модификации. [1].

Например, благодаря тончайшему диэлектрическому основанию изо всех существующих в настоящее время материалов деталь уменьшилась по толщине вдвое. Помимо того, что гибкие печатные платы сами по себе занимают меньше места, их можно складывать, а это позволяет компактно размещать схемы и значительно сократить размеры электронного устройства, каким бы сложным оно не было [1].

Другие преимущества:

• 
  Уменьшение массы на 75 %;
  
• 
  Увеличенная системная надежность;
  
• 
  Устойчивость к многократным динамическим изгибам, которая еще больше усиливается за счет защитного покрытия;
  
• 
  Отсутствие ошибок при производстве и снижении стоимости сборки;
  
• 
  Высокое быстродействие линий передач;
  
• 
  Улучшенное тепловое рассеивание;
  
• 
  И многое другое.
  

Струйные устройства печати являются гибким, универсальным оборудованием, которое можно перенастроить с относительно низкими усилиями. Видимо, поэтому они используются наиболее часто именно для гибкой электроники [6].

Струйная печать – одна из самых популярных технологий создания печатной электроники. Поскольку это цифровая технология, для формирования электронного устройства достаточно иметь задающий печать файл, описывающий его конструкцию.

Эта технология перспективна для быстрого производства опытных образцов и партий специализированных приборов, хотя она и пригодна для массового производства печатной электроники.

К достоинствам струйной печати относятся достаточно высокое разрешение (80–100-μm линий), гибкость, относительно низкая стоимость и совместимость почти с любым типом подложек [7].

К компонентам печатной системы струйной печати относятся запечатываемые материалы, краски или чернила и печатное оборудование. Первоначально необходимо подвергнуть экспериментальной оценке свойства запечатываемых материалов (шероховатость, смачиваемость, электропроводность) и красок струйной печати (реологические и физический свойства) [2].

Гибкая печатные платы:

• 
  Односторонними.
  

Контактные площадки располагаются с одной стороны, характеризуются наивысшей динамической гибкостью;

• 
  Односторонние с двусторонним доступом.
  

Проводящий слой – один, а контактные площадки находятся и с той, и с другой стороны;

• 
  Двухсторонние.
  

Чаще всего можно встретить в электроприборах с контролируемым полным сопротивлением, они снабжены двумя проводящими слоями, которые соединяются сквозными металлизированными переходами;

• 
  Многослойные.
  

Количество слоев в них может варьироваться от 3 до 40, соединение между ними обеспечивается металлизированными отверстиями, они позволяют собирать на них многокристальные интегральных схемы;

• 
  Жестко-гибкие.
  

Используются в оборонной промышленности и в электронике [1].

3 Обзор способов печати

Основные процессы производства печатных полупроводниковых приборов аналогичны традиционным. Но вместе с тем они выполняются гораздо быстрее и проще [7].

Для производства прибора печатной электроники требуется бригада из десятка людей и несколько часов или дней, а затраты составляют лишь незначительную долю затрат на производство традиционного устройства [7].

Процесс производства начинается с составления пригодных для печати чернил на основе материалов, обеспечивающих требуемые механические, электрические и оптические свойства печатных элементов. (Рисунок 4). Этот процесс аналогичен операции легирования при изготовлении полупроводникового прибора, но намного проще и гибче [7].

При составлении состава для струйной печати особое внимание уделяется его вязкости и поверхностному натяжению с тем, чтобы чернила не прилипали к соплу. При трафаретной печати вязкость чернила должна быть невысокой. При этом вязкость и поверхностное натяжение необходимо регулировать так, чтобы попадающие на поверхность подложки чернила хорошо связывались с ее поверхностью и формировали пленку с гладкой поверхностью и требуемым сопротивлением [7].

Функциональные слои последовательно наносятся на соответствующим образом обработанную подложку, причем перед нанесением следующего слоя напечатанный слой сушится [7].

Для ускорения процесса сушки и улучшения электрических характеристик каждый слой отжигается, что особенно важно при печати проводящих серебряных чернил, содержащих частицы серебра, заключенные в полимере [7].

Готовые печатные электронные устройства герметизируются, тестируются и разделяются на отдельные приборы с помощью автоматизированной лазерной системы или системы резки стекла [7].

Процесс изготовления завершается выходным контролем и термоциклированием [7].

Особый интерес для производителей печатной электроники представляет процесс печати с рулона на рулон. Этот известный типографский процесс печати газет при использовании новых материалов перспективен для массового производства нового класса дешевых изделий – тонких, как бумага, батарей, OLED, схем памяти, RFID-меток, СЭ и панелей, способных генерировать энергию до 1,5 кВт [7].

Наибольших успехов в освоении техники печати электронных устройств с рулона на рулон добилась, пожалуй, компания PolyIC, объявившая о печати с рулона на рулон устройства памяти емкостью 20 бит. При этом компания использовала технологию норвежской фирмы Thin Film Electronics (ThinFilms), разрабатываемую с 1994 года. Все разработки в этой области весьма любопытны, хотя, по мнению ряда экспертов, печать электронных устройств с рулона на рулон еще требует доработки [7].

На последней конференции Printed Electronics. Процесс производства печатной полупроводниковой схемы Europe 2010 компания Coatema Coating Machinery представила многофункциональное оборудование для экономически эффективной печати с рулона на рулон малых партий устройств, созданных в ходе НИОКР. В установку, названную Smartcoater, входят такие средства нанесения покрытий и печати, как ракель, щелевая экструзионная головка, вращающийся барабан, гравированный валик, ламинатор. Ширина рабочей площадки установки составляет 100 мм, что позволяет минимизировать потребление чернил при выполнении НИОКР. Установка также содержит взрывозащищенное 350- мм сушильное устройство с обдувом горячим воздухом. Наличие трех-четырех электромоторов, загрузочных ячеек и возможность работы с обратным ходом позволяет легко осваивать производство небольших партий устройств [7].

Усилия разработчиков новых органических и неорганических материалов, чернил, производственных процессов и оборудования привели к появлению разнообразных гибких, малогабаритных печатных компонентов и схем [7].



Рисунок 3.1 – Процесс производства печатной полупроводниковой схемы

4 Процесс создания симисторного регулятора

На Рисунке 5 изображен Симисторный регулятор мощности с характеристиками элементов схемы:

• 
  R1 – резистор примерно 20 Ком, мощностью 0,25вт;
  
• 
  R2 – потенциометр примерно 500 Ком, можно от 300 Ком до 1 Мом, но лучше 470 Ком;
  
• 
  R3 - резистор примерно 3 Ком, 0, 25 Вт;
  
• 
  R4- резистор 200-300 Ом, 0, 5 Вт;
  
• 
  C1 и C2 – конденсаторы 0, 05 МкФ, 400 В;
  
• 
  C3 – 0, 1 МкФ, 400 В;
  
• 
  DB3 – динистор корпус do-35;
  
• 
  BT139-600.
  

Рисунок 4.1 – Симисторный регулятор мощности

4.1 Симисторный реегулятор мощности

Симистор (симметричный триодный тиристор) или триак — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако, по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются, причём имеет место их аналогия с катодом и анодом тиристора [10].

Для управления нагрузкой основные электроды симистора включаются в цепь последовательно с нагрузкой. В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой.

Симистор в открытом состоянии проводит ток в обоих направлениях. Другой особенностью симистора, как и других тиристоров, является то, что для его удержания в открытом состоянии нет необходимости постоянно подавать сигнал на управляющий электрод (в отличие от транзистора) [4].

Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Отсюда следует, что выключение нагрузки в цепи переменного тока происходит вблизи моментов времени, когда ток через основные электроды симистора меняет направление (обычно это совпадает по времени со сменой полярности напряжения в сети) [10].

Полупроводниковый прибор, имеющий 5 p-n переходов и способный пропускать ток в прямом и обратном направлениях, называется симистором. Из-за неспособности работы на высоких частотах переменного тока, высокой чувствительности к электромагнитным помехам и значительного тепловыделения при коммутации больших нагрузок, в настоящее время широкого применения в мощных промышленных установках они не имеют [3].

Для управления некоторыми видами бытовых приборов (например, электроинструментом или пылесосом) как раз применяют регулятор мощности на основе симистора. [4].

К 1963 году уже были известны конструкции симисторов. Мордовский научно-исследовательский электротехнический институт подал заявку на авторское свидетельство на симметричный тиристор 22 июня 1963 года [10].

4.2 Принцип работы симисторного регулятора

Регулятор мощности на симисторе работает подобно электронному ключу, периодически открываясь и закрываясь, с частотой, заданной схемой управления. При отпирании симистор пропускает часть полуволны сетевого напряжения, а значит потребитель получает только часть номинальной мощности [3].

Принцип работы регулятора таков: при замкнутом переключателе ток идёт напрямую, минуя регулятор, а если разомкнуть переключатель, мы получаем возможность регулировать напряжение вращением ручки переменного резистора [9].

Симистор имеет пятислойную структуру полупроводника. Упрощённо симистор можно представить в виде эквивалентной схемы из двух триодных тиристоров (тринисторов), включённых встречно-параллельно. Однако управление симистором отличается от управления двумя встречно-параллельными тринисторами [9].

4.3 Сборка симисторного регулятора мощности

Сборку регулятора мощности необходимо производить в следующей последовательности [3]:

1. 
   Определить параметры прибора, на который будет работать разрабатываемое устройство. К параметрам относятся: количество фаз (1 или 3), необходимость точной регулировки выходной мощности, входное напряжение в вольтах и номинальный ток в амперах.
   
2. 
   Выбрать тип устройства (аналоговый или цифровой), произвести подбор элементов по мощности нагрузки. Можно проверить своё решение в одной из программ для моделирования электрических цепей – Electronics Workbench, CircuitMaker или их онлайн аналогах EasyEDA, CircuitSims или любой другой на ваш выбор.
   
3. 
   Рассчитать тепловыделение по следующей формуле: падение напряжения на симисторе (около 2 В) умножить на номинальный ток в амперах. Точные значения падения напряжения в открытом состоянии и номинальный пропускаемый ток указаны в характеристиках симистора. Получаем рассеиваемую мощность в ваттах. Подобрать по рассчитанной мощности радиатор.
   
4. 
   Закупить необходимые электронные компоненты, радиатор и печатную плату.
   
5. 
   Произвести разводку контактных дорожек на плате и подготовить площадки для установки элементов. Предусмотреть крепление на плате для симистора и радиатора.
   
6. 
   Установить элементы на плату при помощи пайки. Если нет возможности подготовить печатную плату, то можно использовать для соединения компонентов навесной монтаж, используя короткие провода. При сборке особое внимание уделить полярности подключения диодов и симистора. Если на них нет маркировки выводов, то прозвонить их при помощи цифрового мультиметра или «аркашки».
   
7. 
   Проверить собранную схему мультиметром в режиме сопротивления. Полученное изделие должно соответствовать изначальному проекту.
   
8. 
   Надёжно закрепить симистор на радиатор. Между симистором и радиатором не забыть проложить изолирующую теплопередающую прокладку. Скрепляющий винт надёжно заизолировать.
   
9. 
   Поместить собранную схему в пластиковый корпус.
   
10. 
    Вспомнить о том, что на выводах элементов присутствует опасное напряжение.
    
11. 
    Выкрутить потенциометр на минимум и произвести пробное включение. Измерить напряжение мультиметром на выходе регулятора. Плавно поворачивая ручку потенциометра следить за изменением напряжения на выходе.
    
12. 
    Если результат устраивает, то можно подключать нагрузку к выходу регулятора. В противном случае необходимо произвести регулировки мощности [3].
    

4.4 Регулировка мощности

За регулировку мощности отвечает потенциометр, через который заряжается конденсатор и разрядная цепь конденсатора [8].

При неудовлетворительных параметрах выходной мощности следует подбирать номинал сопротивления в разрядной цепи и, при малом диапазоне регулировки мощности, номинал потенциометра [3].

Практически в любом радиоэлектронном устройстве в большинстве случаев присутствует регулировка по мощности. За примерами далеко ходить не надо: это электроплиты, кипятильники, паяльные станции, различные регуляторы вращения двигателей в устройствах [8].

Способов, по которым можно собрать регулятор напряжения своими руками 220 В, в Сети полно. В большинстве случаев это схемы на симисторах или тиристорах. Тиристор, в отличие от симистора, более распространённый радиоэлемент, и схемы на его основе встречаются гораздо чаще. Разберём разные варианты исполнения, основанные на обоих полупроводниковых элементах [3].

Симистор, по большому счету, – это частный случай тиристора, пропускающий ток в обе стороны, при условии, что он выше тока удержания. Один из его недостатков – это плохая работа на высоких частотах. Поэтому его часто используют в низкочастотных сетях. Для построения регулятора мощности на основе обычной сети 220 В, 50 Гц он вполне подходит [3].

Регулятор напряжения на симисторе используется в обычных бытовых приборах, где нужна регулировка [3].

Заключение

В процессе Курсовой работы были изучены возможности применения полиграфического производства для изготовления печатной электроники.

Печатная электроника бывает твердотельной и гибкой.

Печатная электроника — область электроники, занимающаяся созданием электронных схем с помощью печатного оборудования, которое позволяет наносить на поверхность плоской подложки специальные чернила (токопроводящие, полупроводниковые, резистивные и т.д.) и, таким образом, формировать на ней активные и пассивные элементы, а также межэлементные соединения в соответствии с электрической схемой [6].

Содержание

1. 
   Гибкие печатные платы. [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://www.contractelectronica.ru/articles/12-pechatnye-platy/gibkie-pechatnye-platy; (Дата обращения: 15.05.2022 год)
   
2. 
   Исследование технологий производства печатной электроники средствами струйной печати Б.А. Перепелицин, К.А Поляков, Д.А. Астапенко, Р.О. Капранов, А.В. Голунов; [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-tehnologii-proizvodstva-pechatnoy-elektroniki-sredstvami-struynoy-pechati/viewer; (Дата обращения: 15.05.2022 год)
   
3. 
   Как работает симисторный регулятор мощности [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://morflot.su/kak-rabotaet-simistornyj-reguljator-moshhnosti/; (Дата обращения: 15.05.2022 год)
   
4. 
   Как сделать регулятор мощности на симисторе своими руками: варианты схем [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://www.asutpp.ru/reguljator-moshhnosti-na-simistore.html; (Дата обращения: 17.05.2022 год)
   
5. 
   Методика оценки динамики изменения свойств электропроводящих слоев элементов печатной электроники; А.П. Кондратов, А.М. Зуева, И.В. Нагорнова; [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/metodika-otsenki-dinamiki-izmeneniya-svoystv-elektroprovodyaschih-sloev-elementov-pechatnoy-elektroniki/viewer; (Дата обращения: 20.05.2022 год)
   
6. 
   Печатная электроника. [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%D1%87%D0%B0%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0; (Дата обращения: 15.05.2022 год)
   
7. 
   Печатная электроника. Что это такое, как создается, чего от нее ждать? В. Шурыгина [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://www.electronics.ru/files/article_pdf/0/article_41_143.pdf; (Дата обращения: 22.05.2022 год)
   
8. 
   Симисторный регулятор мощности. – Сделай сам своими руками [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://sdelaysam-svoimirukami.ru/4031-simistornyy-regulyator-moschnosti.html; (Дата обращения: 15.05.2022 год)
   
9. 
   Симисторный регулятор мощности (напряжения). [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://cxem.net/master/99.php; (Дата обращения: 19.06.2021 год)
   
10. 
    Симистор. Электрика [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80; (Дата обращения: 28.05.2022 год)
    

г. Москва – 2022 г.