半导体器件 能量收集和产生半导体器件 第4部分：柔性压电能量收集器测试和评估方法 征求意见稿

1GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4半导体器件能量收集和产生半导体器件第4部分：柔性压电能量收集器测试和评估方法IEC60749-5半导体器件机械和气候测试方法第5部分：稳态温度湿度偏置寿命测试（Semiconductordevices–Mechanicalandclimatictestmethods–Part5:Steady-statetemperaturehumiditybiaslifetest）柔性能量收集器flexibleenergy将弯曲、拉伸或扭转能量转化为电能的能量转换2GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-41所示。压电换能器包含两个电极和压电薄膜或纳米线。外部应力使柔性基底发生弯曲、拉伸或扭转运动，参见附录C。柔性基底弯曲的同时，弯曲的弹簧引起压电薄层的拉伸和收缩。压电薄膜的上表面电极和下表面电3GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4压电换能器piezoelectrictrans压电效应piezoelectricef压电常数piezoelectriccond机电耦合系数electromechanicalcouplingcoeffkk=d(1)）；4GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4等效电路equivalentci<柔性压电能量收集器>在弯曲、拉伸或扭转运动条件下，在共振频率区域与压电柔性能量收集器注：柔性压电能量收集器可分为电流源和电容部分，图2所示，等效电路由并联的Cp、R和电流源(I(t))组成，其中R——外部负载。VI5GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4PRopt在能量收集器外壳上测得的器件在长期运行中不会永久性损坏但是功能可以不在规定公差范围内4基本额定值和特性参数4.1极限值和工作条件6GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4事项、物理信息(外形尺寸、端子、附件、安装指南等)、包如果测量结果满足要求，则需要进行商业用7输出电压输出功率最佳负载最大输出功率温度范围柔性湿度范围输入弯曲/拉伸/扭转平均失效时间弯曲度GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4输出电压输出功率最佳负载最大输出功率温度范围柔性湿度范围输入弯曲/拉伸/扭转平均失效时间弯曲度开始电气特性机械特性结束柔性压电能量收集器的电气特性测试装置如图4所示。为了测量柔性压电能量将其安装在线性电机/激振器上，如图4所示。当周期性输入信变形方向取决于其几何结构和施加的加速度a)对能量收集器施加指定的弯曲、拉伸b)使用电压或电流表测量连接能量收集器端子外部负载两端的电压或流8GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4c)通过调整功率放大器的放大倍数，测量不同弯曲、拉伸或扭转加速度下的电压和电流。d)在指定的应变范围内，通过正向和反向连接测量上下电极或梳状结构电极之间的电压和电流。在随机激励实验中，基座激励应当在激振器DUT：被测器件向直线电机提供指定频检测外部负载两端的电压检测通过外部负载的电流监测直线电机的加速9GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4在能量收集器端子短路的情况下，测量收集器感应弯曲/拉伸/扭转产生的电流。在恒输入加速度下，能量收集器短路电流随时间变化的典型图形如图6所示。GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4由于弯曲/拉伸/扭转运动使能量收集器产生的不同应变，测量能量收集器不同应变下的电压。测GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4在不同激励频率的弯曲/拉伸/扭转运动下，测量能量收集器产生的电压。测量开路电GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4率变化的关系图如图9所示。5.2.8不同激励频率下的短路电流在不同激励频率的弯曲/拉伸/扭转运动下，测量能量收集器的短路电流。测量短路电GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4在指定外部负载和弯曲、拉伸或扭转运动下，测量能量收集器端子间电压的均方根（RMS）值。测量的输出电压与连接到能量收集器端子外部负载电阻的关系如图11GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-45.2.10输出电流5.2.11输出功率输出功率是根据带有外部负载的能量收集器的输出电压和电流的均方根值（RMS）计算得出P=IV············································································(2)GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4P——输出功率，W。5.2.12最佳负载阻抗最佳负载阻抗是能量收集器输出功率最大时的外5.2.13最大输出功率GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4图14柔性压电能量收集器在不同输入弯曲、拉5.3机械特性GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4向直线电机提供指定频检测外部负载两端的电压检测通过外部负载的电流检测直线电机的加速保持DUT的规定温度值该测试的目的是通过低温/高温循环测试来评估器件的可靠性。温度范围应根据应用场景来确定。该测试的目的是通过低/高湿度测试来评估器件的可靠性。湿度范围应根据应用场景来确定。测试伸范围：0%到300%）进行试验。性能特征GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4转角度：0°到360°)进行试验。性能特GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4A.1概述压电电荷常数“d”是施加到压电材料每单位机械应力(T)电材料所产生的机械应变(S)。“d”的第一个下标表示当电场“E”为零时材料产生的极化方向，或者是外在d33模式下，在方向3（平行于陶瓷元件的极压电薄膜d33模式的电极在薄膜的顶部或底部，形状像梳状（或叉指状）电极，如图A.1a)所示。在d31模式下，在方向1（垂直于陶瓷元件的极化方向元件的极化方向）上诱导极化。d31模式的压电薄膜电极位于薄膜的顶部GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4材料科学和机械工程领域的最新进展使高性能压电系统能够实现柔软、柔性/可拉伸性，从机械能收集到传感和驱动，为生物集成应用提供独特的机会。图B.1显示了柔性B.2上下电极的压电薄膜（d31模式）压电柔性能量收集器由柔性基底、压电层和上下电a)具有顶部和底部电极的压电薄膜b)具有梳齿电极的压电薄膜c)具有顶部和底部电极的压电纳米线d)顶部和底部电极的压电材料GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4为了测量柔性压电能量收集器的电气特性，将该器件安装在线性电机上。当以指定加速度（或力）对器件施加连续的弯曲、拉伸或扭转运动时，测量外部负载上的输出电压或通过的电流。图C.1显示了柔性压电能量收集器应变分类。GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4a)收集器拉伸试验装置b)不同类型拉伸下的输出电流图C.2不同拉伸类型的输出电流测量GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4弹性柔量与压电耦合系数的关系如下：sD=sE（1-k2C.1）sD——恒定介电场D下的柔量（开路）；sE——恒定场强E下的柔量（短路k——压电耦合系数。或者..............................................压电材料具有两种不同的杨氏模量，具体取决于电气边界条件（短路或开路）。由于k始终小于考虑承受压缩力F的开路压电材料。压缩能量的一部的额外变形。因此，压电材料在短路时比在开路时压缩得更多。因此，短时的杨氏模量(YD)。GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4IEC62047-5,Semiconductordevices–Micro-electromechanicaldevices–Part5:C62047-7,SemiconductorderandduplexerforradiofrequencycC62830-1,Semicond–Part1:VibrationbasedpiFocusonVibrations,KluwerAcademicPress,2003YongqingDuan,YajiangDing,JingBian,Zhou