Symulacja działania urządzeń o dużej powierzchni – część B: przeprowadzanie pomiarów i interpretacja wyników dotyczących rezystancji i spadku napięcia.
Krok 1: Uruchom symulację skanowania.
Uruchom skanowanie, klikając. Uruchom symulację. (niebieski trójkąt) lub naciśnięcie F9Wyniki działania programu będą wyświetlane w oknie terminala (patrz: ...). ??).
Na poziomie fizycznym proces ten jest prosty: OghmaNano traktuje połączenie jako trójwymiarową sieć rezystorów. Następnie przykłada napięcie do jednego z punktów siatki na dolnej powierzchni, rozwiązuje obwód, oblicza efektywną rezystancję do górnego punktu połączenia i powtarza ten proces dla kolejnego punktu.
W przypadku skanowania o wymiarach 40 × 40 oznacza to 40 × 40 = 1600 oddzielnych obliczeń dla każdego obwodu. Dlatego skanowanie może trwać dość długo. Nie wykonujesz pojedynczego skanu JV; wykonujesz wiele małych obliczeń DC, aby stworzyć mapę przestrzenną.
💡 Praktyczna wskazówka: Jeśli znacząco zwiększysz rozdzielczość skanowania, czas przetwarzania wzrośnie proporcjonalnie do liczby punktów skanowania. Wyższa rozdzielczość zapewnia bardziej szczegółową mapę, ale wymaga więcej czasu.
Krok 2: Zrozumienie zasad działania sieci elektrycznej.
Rozdzielczość skanowania jest kontrolowana przez siatkę elektryczną, którą definiuje się w zakładce „Elektryczna”, w sekcji „Siatka elektryczna” (patrz ??). W tym przykładzie używamy siatki składającej się z 40 × 40 punktów w płaszczyźnie x–z. Kierunek y jest określany przez układ warstw (czyli solver zna pionową dyskretyzację na podstawie zdefiniowanych przez użytkownika warstw).
Orientacyjnie:
- Zbyt mała liczba punktów → mapa oporu staje się fragmentaryczna i można przeoczyć drobne skupiska prądu wokół siatki.
- Zbyt duża liczba punktów → proces skanowania może się spowolnić, ponieważ wzrasta liczba obliczeń w obwodzie.
Krok 3: Pliki wyjściowe generowane podczas skanowania.
Po zakończeniu skanowania przejdź do zakładki „Wyniki”. Powinieneś zobaczyć pliki podobne do tych, które znajdują się w ??.
spm_R.csv), jej przekrój (spm_R_x.csv) oraz mapa strat napięcia (Vlost_spm.csv).| Nazwa pliku | Opis |
|---|---|
electrical_links.csv | Lista elementów o charakterystyce rezystancyjnej (krawędzi) w trójwymiarowej siatce obwodu. |
electrical_nodes.csv | Lista węzłów obwodu (ich położenia i połączenia) w trójwymiarowej siatce. |
spm_R.csv | Mapa rezystancji uzyskana za pomocą mikroskopii rastrowej z sondą (efektywna rezystancja w funkcji położenia). |
spm_R_x.csv | Przekrój 1D przez spm_R.csv przedstawiający rozkład rezystancji w całym urządzeniu. |
Vlost_spm.csv | Szacowana wartość spadku napięcia (ΔV) w każdym punkcie pomiarowym spowodowana rezystancją kontaktową. |
Krok 4: Przeglądanie map i przekrojów przedstawiających rozkład oporności.
spm_R.csv). Najniższy opór występuje w pobliżu listwy do pobierania próbek i linii siatki metalowej; najwyższy opór zazwyczaj występuje głęboko wewnątrz komórki, z dala od obu tych elementów.
spm_R_x.csv rośnie wraz ze wzrostem odległości od krawędzi obszaru, z którego pobierane są próbki, przy czym okresowo obserwuje się jej spadek w miejscach, gdzie przekrój przechodzi blisko segmentów metalowej siatki.Kliknij dwukrotnie spm_R.csv, aby wyświetlić mapę oporności (patrz ??). Skala kolorów przedstawia efektywną oporność między każdym punktem na dolnej powierzchni a punktem styku.
- W pobliżu miejsca kontaktu podczas ekstrakcji (ciemny pasek na wykresie) opór jest mniejszy – prąd ma krótszą drogę, którą musi pokonać, aby opuścić urządzenie.
- W pobliżu linii utworzonej z metalowej siatki opór jest mniejszy – prąd może szybko przepływać przez wysoce przewodzącą sieć metalową.
- Największy opór zazwyczaj występuje w pobliżu środka komórki siatki i z dala od krawędzi, z której pobierane są próbki, ponieważ prąd musi przemieszczać się w poprzek polimeru na większej odległości.
W tym przykładzie wartości rezystancji wynoszą kilka omów, co jest wartością fizycznie sensowną dla rozkładu prądu w drukowanych stykach. Należy jednak pamiętać, że wartości zbliżające się do kilkudziesięciu omów nie są korzystne dla wielu urządzeń: ścieżka o rezystancji 30–40 omów między aktywną częścią a zewnętrznym stykiem może znacząco zmniejszyć efektywny współczynnik wypełnienia (PV) lub powodować nierównomierne rozłożenie jasności (OLED).
Kliknij dwukrotnie spm_R_x.csv, aby wyświetlić przekrój mapy w jednym wymiarze (??). Ten wykres w sposób jasny przedstawia zasady fizyczne:
- Opór wzrasta wraz ze zwiększaniem odległości od punktu styku, z którego pobierany jest prąd (dłuższa ścieżka przepływu prądu).
- Rezystancja spada za każdym razem, gdy skaner przechodzi nad metalową siatką lub w jej pobliżu (powodując zwarcie w ścieżce bocznej).
To jest kluczowy element diagnostyki: pozwala nie tylko ocenić, jak poważny jest problem z połączeniem, ale także określić, gdzie dokładnie występuje, a tym samym, jakie zmiany w geometrii lub materiale byłyby potrzebne, aby go naprawić.
Krok 5: Wizualizacja siatki obwodu (połączeń i węzłów).
W celu debugowania i analizy przydatne może być wizualne przedstawienie schematu obwodu. Kliknij dwukrotnie link i wizualizacje węzłów (często prezentowane jako links.jpg i nodes.jpg w przykładowym wyniku).
W przypadku tego typu problemów związanych z połączeniami, interpretacja obwodu jest dosłowna: każdy element to rezystor, każdy węzeł to połączenie, a algorytm rozwiązujący wymusza przestrzeganie praw Kirchhoffa w całym obwodzie.
Krok 6: Konfiguracja skanowania (edytor do mikroskopii skanującej).
Wykonane przed chwilą skanowanie zostało skonfigurowane za pomocą edytora do mikroskopii skanującej (SPM). Można go otworzyć z poziomu paska narzędzi edytora (patrz ??).
Okno konfiguracji (??) umożliwia wybranie napięcia i określenie, czy skanowanie ma obejmować całe urządzenie, czy tylko jego część. Wybór części urządzenia jest przydatny, gdy chcemy szybko przetestować określony obszar.
Krok 7: Edycja wartości oporu elektrycznego materiału (i dlaczego jest to ważne).
Aby przeanalizować różne warianty konstrukcyjne, można modyfikować parametry elektryczne każdej warstwy przewodzącej. W zakładce „Struktura urządzenia” kliknij „Parametry elektryczne”, aby otworzyć edytor parametrów elektrycznych (??). Tutaj można wprowadzić zmierzone wartości rezystywności dla własnych materiałów i natychmiast przewidzieć, jak będzie się zachowywać powiększony kontakt.
Tego typu parametryczne analizy to właśnie sedno modelowania: pozwalają one ocenić, czy zastosowanie lepszego polimeru, bardziej zwartej siatki lub innego układu elementów konstrukcyjnych przyniesie największe korzyści pod względem wydajności, zanim rozpocznie się proces produkcji.
👉 Następny krok: przejdź do sekcji Część C, aby edytować geometrię kontaktu (gęstość siatki, szerokość linii, układ elementów) i zoptymalizować wydajność.