Raport z działalności zakładu w 2013

ZAKŁAD MIKROELEKTRONIKI
Kierownik : dr inż. Michał CIEŻ
dr inż. Piotr GUZDEK
e-mail: [email protected]
tel. (12) 656 31 44, fax 012 656 36 26
Zespół:
dr hab. inż. Dorota Szwagierczak, prof. nadzw. w ITE,
dr Jan Kulawik, dr inż. Wojciech Grzesiak, dr inż. Ewa Klimiec,
dr Agata Skwarek, dr inż. Agata Stoch, mgr Tomasz Maj,
mgr inż. Jacek Piekarski, mgr inż. Beata Synkiewicz,
mgr inż. Krzysztof Zaraska
1. Projekty badawcze realizowane w 2013 r.
Zakład Mikroelektroniki realizował w 2013 r. następujące projekty badawcze:
Statutowe projekty badawcze
Projekt D. Nano- i mikromateriały dla zastosowań w technologiach warstw grubych
(kierownik projektu: dr inż. Piotr Guzdek)
 Zadanie D1. Opracowanie funkcjonalnych folii ceramicznych i ich zastosowanie do wytwarzania wielowarstwowych elementów biernych oraz obudów o dopasowanej do krzemu rozszerzalności termicznej
 Zadanie D2. Bazowe procesy i materiały drukowanej elektroniki polimerowej
 Zadanie D3. Rozwój zaawansowanych metod charakteryzacji strukturalno-elektrycznych oraz nanotechnologii FIB dla wbudowywania w struktury LTCC
nano- i makroobiektów o zaprogramowanych właściwościach
 Zadanie D4. Opracowanie analogowych systemów dla instalacji fotowoltaicznych z wykorzystaniem elementów nanoelektroniki
 Zadanie D5. Opracowanie modelu bezprzewodowego czujnika wielkości nieelektrycznych (zadanie związane z rozwojem naukowym młodych naukowców w ITE)
Inne projekty
 Opracowanie, wykonanie metodą odlewania i charakterystyka rodziny nowych folii ceramicznych przeznaczonych dla elektroniki (projekt badawczy
nr N 507 4680 38)
 Technologia otrzymywania, właściwości elektryczne i magnetyczne oraz zastosowania ceramiczno-metalicznych kompozytów magnetycznych (projekt
badawczy nr N 507 4716 38)
 Opracowanie konstrukcji i technologii MEMS dla diagnostycznej aparatury
medycznej (MNS-DIAG  projekt POIG)
2
Sprawozdanie z działalności ITE w 2013 r.
 Nowa generacja trójwymiarowych zintegrowanych elementów biernych i mikrosystemów technologii LTCC (projekt w programie EUREKA E! 4570)
 Otrzymywanie i charakterystyka nowych bezołowiowych nieferroelektrycznych materiałów ceramicznych na kondensatory z zaporową warstwą wewnętrzną (projekt badawczy nr N N 507 2182 40)
 Analiza występowania wiskerów i zarazy cynowej wpływających na jakość
lutów bezołowiowych o wysokiej zawartości cyny (projekt badawczy nr N N
515 5039 40)
 Badania wpływu parametrów procesu technologicznego na skład chemiczny
i strukturę amorficznych stopów rezystywnych typu Ni-P oraz Ni-Me-P,
determinujące właściwości elektryczne i przydatność stopów do wytwarzania
precyzyjnych rezystorów warstwowych (projekt badawczy nr N N 515 5040 40)
 Synteza i charakteryzacja właściwości magnetoelektrycznych elastycznych kompozytów piezopolimer-ceramika-metal (projekt badawczy 0297/IP2/2013/72)
 Nowoczesne materiały i innowacyjne metody dla przetwarzania i monitorowania energii (MIME  Projekt POIG);
 Low-Cost and Energy-Efficient LTCC Sensor/IR-UWB Transceiver Solutions
for Sustainable Healthy Environment (projekt Senseiver w ramach programu
Marii Curie)
2. Najważniejsze osiągnięcia naukowo-badawcze
Prace badawcze realizowane w Zakładzie w ramach działalności statutowej oraz
w ramach projektów badawczych finansowanych ze środków NCN i NCBiR koncentrowały się na tematyce rozwoju bazy materiałowej oraz inżynierii procesów
koniecznych dla wytwarzania wielowarstwowych elementów i struktur elektronicznych w technologii elektroniki drukowanej i technologii LTCC. Kontynuowano prace badawcze związane z rozwojem nowych generacji czujników
oraz systemów MPPT dla hybrydowych instalacji fotowoltaicznych, mających dodatkowe źródło energii w postaci generatorów termoelektrycznych wykorzystujących ciepło odpadowe.
Celem prac było opracowanie nowych materiałów funkcjonalnych do zastosowań w technologii LTCC i technologii elektroniki drukowanej. Opracowano
nowe kompozycje materiałów warystorowych i materiałów o małym współczynniku rozszerzalności termicznej. Wykonano pasty do nanoszenia metodą sitodruku
zawierające materiały dielektryczne, elektroluminescencyjne i przewodzące. Na
bazie materiałów przeznaczonych do wykorzystania w technologii LTCC wykonano wielowarstwowe warystory i podłoża o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej. Przeprowadzono badania otrzymanych elementów. Wykonane pasty
wykorzystano do opracowania prototypowych demonstratorów zawierających ele-
Zakład Mikroelektroniki
3
menty wykonane w technologii elektroniki drukowanej. Oprócz komercyjnie dostępnych elementów elektronicznych drukowanych (organiczne ogniwa słoneczne,
anteny) wykonano wyświetlacz elektroluminescencyjny i system czujników
piezoelektrycznych, które były podstawowymi elementami demonstratorów. Opracowano również autonomiczny system zasilania demonstratora z wyświetlaczem
elektroluminescencyjnym.
Opracowane struktury wielowarstwowe posłużyły do badań możliwości technologii FIB do charakteryzacji nano- i mikrowarstw w strukturach LTCC i warstw
ceramiczno-polimerowych na podłożach ceramicznych. Badano przydatność tej
technologii do wytwarzania nano- i mikroprzyrządów elektronicznych. Stwierdzono, że technologia FIB umożliwia charakteryzację ziarnistych i wielowarstwowych struktur otrzymywanych metodą LTCC i elektroniki drukowanej, przy dostatecznie małym prądzie wiązki jonów podczas obserwacji.
Na szczególne wyróżnienie zasługuje:
 opracowanie nowych materiałów funkcjonalnych dla potrzeb technologii LTCC
i elektroniki drukowanej oraz ich zastosowanie do wytworzenia wielowarstwowych struktur metodą LTCC i elektroniki drukowanej;
 opracowanie i wykonanie demonstratorów zawierających elementy wykonane
w technologii elektroniki drukowanej z autonomicznym systemem zasilania i komunikacją bezprzewodową;
 zastosowanie urządzenia FIB do przygotowania powierzchni i obserwacji mikrostruktury elementów wykonanych w technologiach LTCC i elektroniki drukowanej;
 zastosowanie najnowszych dedykowanych analogowych układów scalonych do
budowy kontrolerów procesu ładowania akumulatorów oraz konwerterów do
linearyzacji napięcia wyjściowego superkondensatorów;
 opracowanie bezprzewodowej sieci czujnikowej do pomiarów przewodności
wody z zastosowaniem technologii LTCC z autonomicznym systemem zasilania.
3. Statutowy projekt badawczy
Nano- i mikromateriały dla zastosowań w technologiach warstw
grubych
Zadanie D1. Opracowanie funkcjonalnych folii ceramicznych i ich
zastosowanie do wytwarzania wielowarstwowych elementów biernych oraz
obudów o dopasowanej do krzemu rozszerzalności termicznej
Celem zadania było opracowanie i wykonanie nowych folii ceramicznych,
zbadanie ich właściwości oraz zastosowanie do wytwarzania technologią LTCC
wielowarstwowych elementów biernych oraz obudów o dopasowanej do krzemu
rozszerzalności termicznej. W 2013 r. kontynuowano badania w zakresie wytwa-
4
Sprawozdanie z działalności ITE w 2013 r.
rzania i charakteryzacji wielowarstwowych warystorów o zmodyfikowanym składzie. Podjęto również nową tematykę dotyczącą opracowania folii ceramicznych
na podłoża i obudowy o dopasowanej do krzemu rozszerzalności termicznej.
Wielowarstwowe warystory pełnią ważną rolę w ochronie niskonapięciowych
układów elektronicznych przed przepięciami. Ceramika oparta na dwuglinianie
wapnia CaAl4O7, ze względu na niski, dopasowany do krzemu współczynnik
rozszerzalności termicznej (ok. 3·106/C w zakresie temperatur 2  400°C), ma
bardzo dobre właściwości izolacyjne i mechaniczne i jest obiecującym materiałem
na podłoża i obudowy układów elektronicznych o podwyższonej niezawodności
i odporności na zmiany temperatury.
Wykorzystano metodę odlewania do wytworzenia folii warystorowych na bazie
domieszkowanego ZnO oraz folii dielektrycznej opartej na CaAl4O7. Wykonano
wielowarstwowe warystory technologią LTCC, zbadano ich mikrostrukturę, skład
oraz charakterystyki prądowo-napięciowe. Wytworzono podłoża z dwuglinianu
wapnia oraz zbadano ich kompatybilność z komercyjnymi grubowarstwowymi
pastami przewodzącymi.
Dobór składów oraz metodyki przygotowania mas lejnych i odlewania folii na
wielowarstwowe elementy bierne i obudowy układów
Opracowano dwa nowe składy gęstw przeznaczonych do wytwarzania folii
ceramicznych na wielowarstwowe warystory wykonane w technologii LTCC.
Zmodyfikowano skład zarówno w części nieorganicznej, jak i organicznej gęstw.
Kompozycja WS2 zawierała ZnO domieszkowany tlenkami Bi2O3, Sb2O3, CoO,
MnO, Cr2O3, B2O3 i SiO2, a kompozycja WSP1 dodatkowo domieszkę tlenku
prazeodymu Pr2O3. Część organiczna gęstw zawierała poliwinylobutyral jako
spoiwo, olej rybi jako dyspersant, glikol polietylenowy i ftalan dwubutylu jako
plastyfikatory, toluen i izopropanol jako rozpuszczalniki. Zwiększono stosunek
ftalanu dwubutylu do glikolu polietylenowego w celu uniknięcia powstawania
defektów folii.
Gęstwa do odlewania folii opartej na dwuglinianie wapnia zawierała CaAl4O7
z dodatkiem 5% SiO2 w celu obniżenia temperatury spiekania oraz składniki
organiczne podobne jak w przypadku folii warystorowych. Gęstwy przygotowano
przez mieszanie w młynku kulowym przez 3 h proszków ceramicznych z częścią
organiczną.
Folie warystorowe i na bazie dwuglinianu wapnia odlewano przy użyciu
urządzenia firmy R. Mistler, suszono przez kilka godzin w temperaturze pokojowej, a następnie w temperaturze 50°C. Po wysuszeniu grubość folii warystorowych wynosiła 60 m, a folii na bazie dwuglinianu wapnia 140 m. Surowe folie
charakteryzowały się wysoką gładkością, dobrą wytrzymałością mechaniczną
i elastycznością. Wygląd folii warystorowych i folii z dwuglinianu wapnia
przedstawiono na rys. 1a i 1b. Przy użyciu lasera (Oxford Lasers) wycinano odpowiedniej wielkości arkusze oraz otwory do pozycjonowania. Następnie na arku-
Zakład Mikroelektroniki
5
szach surowych folii warystorowych, a także na części folii CaAl4O7 nanoszono
sitodrukiem wewnętrzne elektrody z pasty platynowej 5542 firmy ESL. Na rys. 1c
pokazano arkusz surowej folii z dwuglinianu wapnia z nadrukowanymi elektrodami Pt.
a)
b)
c)
Rys. 1. Surowe folie warystorowe (a), surowa folia CaAl4O7 (b), arkusze CaAl4O7 z naniesionymi sitodrukiem elektrodami z pasty Pt (c)
Opracowanie optymalnych warunków laminowania i współspiekania
wielowarstwowych elementów
Kolejnymi operacjami w procesie wytwarzania wielowarstwowych warystorów
i podłoży było układanie w stos odpowiedniej ilości surowych arkuszy, zamykanie
pakietów w próżniowo zgrzewanych woreczkach i laminacja przy zastosowaniu
prasy izostatycznej (Pacific Trinetics Corporation).
W przypadku warystorów układano w stos ok. 25 surowych arkuszy grubości
60 m z nadrukowanymi wewnętrznymi elektrodami Pt. W przypadku folii z dwuglinianu wapnia tworzono pakiety zawierające 8  15 warstw grubości 160 m
z wewnętrznymi elektrodami Pt lub bez nadrukowanych elektrod. Jako optymalne
warunki laminacji zastosowano prasowanie pod ciśnieniem 40 MPa w temperaturze 70°C przez 15 min. Sprasowane laminaty cięto na pojedyncze warystory
lub wielowarstwowe podłoża.
Przy użyciu mikroskopu grzewczego analizowano zmiany kształtu i wymiarów
zlaminowanych próbek w trakcie ogrzewania od 20°C do 1400°C. Badania te
pozwoliły na wyznaczenie zakresów wymagających dłuższego przetrzymania
w celu wypalenia składników organicznych lub spieczenia ceramiki. Na rys. 2
pokazano wybrane obrazy z mikroskopu grzewczego próbki dwuglinianu wapnia
podczas ogrzewania. Widoczny jest wzrost objętości powyżej 300°C związany
z utlenianiem składników organicznych i skurcz próbki od 1250°C wynikający
z jej spiekania się. W temperaturze 1360°C następuje tworzenie się półkuli.
Rys. 2. Obrazy z mikroskopu grzewczego laminatu CaAl4O7 w trakcie ogrzewania w zakresie temperatur
20  1360°C
6
Sprawozdanie z działalności ITE w 2013 r.
Obserwacje w mikroskopie grzewczym
umożliwiły również ocenę prawidłowości
zlaminowania folii tworzących surowy laminat. Proces spiekania wielowarstwowych
warystorów przeprowadzono w temperaturze 1000  1100°C przez 2 h, a podłoży
z dwuglinianu wapnia w temperaturze
1400°C przez 3 h. Na rys. 3 przedstawiono
podłoże wykonane z tego materiału.
W przypadku warystorów wielowarstwowych końcową operacją było ręczne
nanoszenie z pasty srebrowej zewnętrznych połączeń równolegle ułożonych
elektrod wewnętrznych i ich wypalanie
w temperaturze 850°C. Na wypalone
Rys. 3. Podłoże z dwuglinianu wapnia po spieka- wielowarstwowe podłoża z dwuglinianu
niu w 1400°C
wapnia bez wewnętrznych elektrod nanoszono sitodrukiem cztery rodzaje past przewodzących i wypalano w temperaturze
850  980°C, zgodnie z zaleceniami producenta.
Charakterystyka mikrostruktury oraz składu surowych i spiekanych
testowych wielowarstwowych elementów
Badano mikrostrukturę wytworzonych warystorów i podłoży wielowarstwowych
przy użyciu mikroskopu skaningowego (FEI, USA). Analizowano również skład
pierwiastkowy próbek metodą EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) stosując
system EDAX Genesis.
Na rys. 4 pokazano obrazy z mikroskopu skaningowego przełamów wielowarstwowych warystorów WSP1 i WS2. Dla obu kompozycji warystorowych spiekanych w tej samej temperaturze 1050°C mikrostruktura warstw ceramicznych jest
drobnoziarnista i zwarta. Warstwy zawierają ziarna ZnO o wielkości 1  4 m jako
dominującą fazę, submikronowe ziarna spinelu Zn7Sb2O12 na granicach ziaren ZnO
oraz nanometryczne warstwy bogate w tlenek bizmutu otaczające ziarna ZnO.
a)
b)
c)
Rys. 4. Obrazy z mikroskopu skaningowego przełamów wielowarstwowych warystorów współspiekanych
w temperaturze 1050°C z elektrodami Pt: a),b) WSP1, c) WS2
Zakład Mikroelektroniki
7
W przypadku kompozycji domieszkowanej prazeodymem widoczne były również krystality w kształcie igieł, które zgodnie z analizą EDS zawierają prazeodym.
Obecność tej fazy wpływa na otrzymanie ceramiki o nieco mniejszej wielkości
ziaren.
Cienkie warstwy wzbogacone w bizmut odgrywają kluczową rolę w tworzeniu się
barier potencjału na granicach półprzewodnikowych ziaren ZnO i powstawaniu efektu
warystorowego. Drobne ziarna spinelu, a także igłowe ziarna wzbogacone w prazeodym, umiejscowione głównie na granicach ziaren, skutecznie hamują rozrost ziaren
ZnO, zapewniając powstawanie pożądanej w przypadku wielowarstwowych warystorów drobnoziarnistej mikrostruktury z równomiernym rozkładem wielkości ziaren.
Na rys. 5a pokazano obraz z mikroskopu skaningowego przełamu podłoża
z dwuglinianu wapnia spiekanego w 1400°C. Mikrostruktura ceramiki jest zwarta.
Widoczny jest udział fazy ciekłej w procesie spiekania. Analiza widma EDS wskazuje na obecność Al i Ca w proporcjach odpowiadających CaAl4O7 oraz domieszki
SiO2 (rys. 5b).
a)
b)
Rys. 5. Obraz z mikroskopu skaningowego przełamu podłoża z CaAl4O7 (a) i analiza składu pierwiastkowego metodą EDS w punkcie 1 (b)
Badania właściwości testowych wielowarstwowych elementów biernych
i obudów
Wytworzone wielowarstwowe warystory wykazywały nieliniowe charakterystyki prądowo-napięciowe. Na rys. 6 przedstawiono zależności I-U dla warystorów WS2 wypalanych w temperaturze 1050°C. Rysunek 6a ilustruje przejście od
obszaru niskich napięć i prądów, odpowiadającego wysokiej rezystancji warystora,
do obszaru nieliniowej charakterystyki I = U (  współczynnik nieliniowości
warystora) powyżej napięcia przełączania warystora, odpowiadającego pokonaniu
bariery potencjału na granicy ziaren. W porównaniu z poprzednim etapem realizacji zadania zmniejszono grubość warstw warystorowych pomiędzy elektrodami
wewnętrznymi. Napięcie przełączania jest wprost proporcjonalne do liczby granic
międzyziarnowych, a więc przy zachowaniu tego samego składu i warunków spiekania zmniejszenie grubości warstw prowadzi do spadku napięcia przełączania.
8
Sprawozdanie z działalności ITE w 2013 r.
Dla warystora WS2 napięcie przełączania wynosiło 32  33 V w zakresie temperatur 20  100°C przy grubości warstw warystorowych wynoszącej ok. 40 µm. Współczynnik nieliniowości warystora WS2 wyznaczony z wykresów log I = f (log U)
(rys. 6b) wynosi 14  23 w zakresie temperatur 20  100°C i rośnie wraz ze
spadkiem temperatury pomiaru.
a)
b)
0.10
-20°C
0°C
20°C
40°C
60°C
80°C
100°C
I (A)
0.06
log [I (A)]
0.08
-20°C
0°C
20°C
40°C
60°C
80°C
100°C
-2
0.04
-3
-4
-5
0.02
0.00
-6
0
10
20
30
40
0.4
0.8
U (V)
1.2
1.6
log [U (V)]
Rys. 6. Charakterystyka prądowo-napięciowa wielowarstwowego warystora WS2
Badano kompatybilność wytworzonych podłoży z dwuglinianu wapnia z komercyjnymi pastami przeznaczonymi dla technologii grubowarstwowej  ESL Ag 9916,
ESL Ag-Pd 9638-HD-G, DuPont Ag-Pt QS 171 i ESL Pt 5542. Badano zdolność
pasty platynowej do współspiekania z podłożem. Stwierdzono dobrą kompatybilność
komercyjnych past z wytworzonymi podłożami z CaAl4O7. W przypadku past na
bazie Ag, AgPd i AgPt występowała bardzo dobra współpraca z uprzednio wypalonymi podłożami (rys. 7). Dla pasty opartej na Pt możliwe było współspiekanie
warstwy przewodzącej z surowym laminatem wykonanym z dwuglinianu wapnia.
a)
b)
c)
Rys. 7. Obrazy z mikroskopu skaningowego przełamów podłoży z dwuglinianu wapnia na granicy faz
podłoże-warstwa przewodząca: a) ESL Ag 9916, b) ESL 9638 AgPd, c) DP AgPt QS 171
W ramach realizacji zadania opracowano składy, wykonano folie ceramiczne
dobrej jakości i wykorzystano je do wytworzenia dwóch odmiennych rodzajów
struktur LTCC – wielowarstwowych warystorów o wysokim współczynniku
nieliniowości i napięciu przełączania regulowanym grubością folii oraz podłoży
o niskim współczynniku rozszerzalności termicznej.
Zakład Mikroelektroniki
9
Zadanie D2. Bazowe procesy i materiały drukowanej elektroniki
polimerowej
Celem zadania było opracowanie procesów technologicznych wykonania wybranych wielowarstwowych elementów demonstratorów przy użyciu technologii elektroniki drukowanej.
Organiczna i drukowana elektronika jest technologią opierającą się na nowych
i tanich materiałach oraz procesach technologicznych realizowanych na dużych powierzchniach. Pięć podstawowych kierunków zastosowań drukowanej elektroniki
organicznej to: technika oświetleniowa (zarówno OLED, jak i elektroluminescencyjne źródła światła), fotowoltaika organiczna, elastyczne wyświetlacze, układy
elektroniczne i podzespoły (w tym czujniki, elementy bierne, baterie, RFID, pamięci, elementy aktywne i in.) oraz zintegrowane inteligentne systemy (w tym
inteligentne obiekty, czujniki i inteligentne tkaniny).
Bezprzewodowy system oznakowania z wykorzystaniem wskaźnika
elektroluminescencyjnego
Zaprojektowano i wykonano demonstrator do dynamicznego wyznaczania kierunku ruchu, np. w czasie imprez masowych na otwartym powietrzu, w miejscach
pozbawionych sieci energetycznych i informatycznych. Demonstrator w dużym
stopniu oparty jest na drukowanych układach elektronicznych.
Wykonano wyświetlacz elektroluminescencyjny metodą sitodruku. Pozostałe
podzespoły zbudowano z elementów elektronicznych dostępnych w głównych
sieciach dystrybucyjnych. Podstawowym kryterium doboru podzespołów było
użycie tanich, powszechnie dostępnych układów o niskim poborze energii i dużej
niezawodności. Tam gdzie to było możliwe, układ wykorzystuje analogowe układy
regulacyjne dopasowujące warunki pracy do aktualnych możliwości energetycznych modułów zasilających. Ponieważ system oparty jest na autonomicznych
źródłach zasilania, więc przy kontrolowaniu pracy demonstratora istotne znaczenie
ma możliwość natychmiastowego określenia jego chwilowego bilansu energetycznego. Realizują to układy na bieżąco kontrolujące stan akumulatorów. Układ
wyposażony jest w dwa moduły akumulatorowe – jeden z nich pełni rolę źródła
zasilania wyświetlaczy, a drugi jest w tym czasie ładowany przez moduł fotowoltaiczny. Rozwiązanie takie upraszcza dopasowywanie chwilowego zapotrzebowania energetycznego wyświetlaczy do wydajności modułów fotowoltaicznych.
Zasilacz demonstratora jest wyposażony w układ minimalizujący niebezpieczeństwo nagłego zaniku zasilania toru transmisyjnego oraz układ buforujący
oparty na superkondensatorach. Pozwala to na elastyczne dopasowanie się do
rzeczywistego zapotrzebowania na energię w czasie transmisji danych.
Rysunek 8 przedstawia schemat blokowy oraz schemat elektryczny demonstratora. W jego skład wchodzą następujące podzespoły:
 Moduły fotowoltaiczne wykonane w technologii organicznej elektroniki drukowanej. Zastosowano moduły firmy Konarka z serii Power Plastic 110. Moc
10
Sprawozdanie z działalności ITE w 2013 r.
modułu wynosi ok. 0,5 W. Sterownik jest oparty na układzie z rodziny SPV
produkowanej przez ST Micro. Ma on zaimplementowany moduł realizujący
algorytm wyszukiwania punktu mocy maksymalnej (MPPT).
a)
b)
Rys. 8. Schemat blokowy (a) oraz schemat elektryczny (b) demonstratora
 Źródła światła wykorzystujące moduły elektroluminescencyjne i OLED wykonane w technologii elektroniki drukowanej. Zasadniczym wyświetlaczem jest
moduł EL (elektroluminescencyjny) wykonany metodą sitodruku ze względu na
ich niewielki pobór energii. Zamiennie stosowano wyświetlacz OLED produkcji
firmy OSRAM (Obreos CDW031).
 Radiomodemy pracujące w pasmach nie wymagających opłat. Transmisja jest
oparta na radiomodemach pracujących w paśmie ISM 433MHz. Symulują one
standardowy układ UART, co pozwala na wykorzystanie wielu gotowych modułów elektronicznych. Zastosowano anteny wykonane w technologii elektroniki
drukowanej.
 Akumulatory. Zastosowano moduły litowo-polimerowe (Li-Poly) produkowane
przez Varta-Microbatteries. Ładowarka jest zbudowana w oparciu o układ
LT3652 z firmy Linear mogący automatycznie dostosowywać się do aktualnej
wydajności energetycznej modułu fotowoltaicznego.
 Oprogramowanie demonstratora. Podstawowy program został napisany w środowisku Java, tak aby była możliwa zmiana platformy, na której jest uruchomiany.
W przyszłości będzie możliwe wykorzystywanie osobistych komputerów przenośnych, a nawet smartfonów.
Podstawowym podzespołem demonstratora jest wyświetlacz elektroluminescencyjny. Struktury elektroluminescencyjne są predestynowane do zastosowań wszędzie tam, gdzie problem jakości światła ma zasadnicze znaczenie. Ich charakterystyczne cechy, takie jak zimne, równomierne i nie rażące światło, bardzo dobrze
widoczne z dużych odległości w mrocznym i zamglonym środowisku, bardzo mały
pobór mocy, możliwość płynnej regulacji natężenia światła, a także wysoka odporność na narażenia mechaniczne i klimatyczne sprawiają, że mogą być one znako-
Zakład Mikroelektroniki
11
mitymi źródłami światła do szerokiego wykorzystania. Na rys. 9a przedstawiono
schemat konstrukcji takiego źródła, a na rys. 9b zdjęcie demonstratora ze strukturą
elektroluminescencyjną.
a)
b)
6
Warstwa hermetyzująca
5
Elektroda
4
Warstwy dielektryczne
3
2
Warstwa luminescencyjna
1
Transparentna warstwa ITO
Rys. 9. Schemat konstrukcji elektroluminescencyjnego źródła światła (a) oraz zdjęcie wykonanego demonstratora (b)
Struktura elektroluminescencyjna jest strukturą wielowarstwową, praktycznie
jest to kondensator składający się z nieprzezSroczystej elektrody (5), leżących pod
nią warstw dielektryka (3, 4), warstwy elektroluminescencyjnej z siarczku cynku
(2) i przezroczystej elektrody (1), którą jest cienka warstwa ITO (roztwór stały
In2O3, SnO2). Dołączenie do elektrod (1) i (5) napięcia przemiennego o odpowiedniej wartości powoduje emisję światła z warstwy elektroluminescencyjnej (2).
Światło to charakteryzuje się bardzo wysoką jednorodnością, wąskim pasmem
emisji, jest prawie monochromatyczne (rys. 10a). Długość emitowanej fali światła
zmienia się przy zmianie częstotliwości napięcia zasilającego (rys. 10b). Jako podłoże zastosowano folię poliestrową grubości 120 μm z naniesioną przezroczystą
warstwą przewodzącą ITO (roztwór stały 90% In2O3 10% SnO2) o rezystancji
~300 Ω/□, charakteryzującą się wysokim współczynnikiem transmisji dla promieniowania widzialnego ~ 0,95. Warstwy luminescencyjne wytworzono z past
własnych. Pasty te są mieszaniną proszków materiału elektroluminescencyjnego
(ZnS:Cu.Cl) z przewagą krystalicznej fazy sfalerytu o uziarnieniu 10 ÷ 40 μm
z termoutwardzalną, przezroczystą żywicą z modyfikowanego polifluorku winylidenu, rozpuszczalników i plastyfikatorów.
Do wytworzenia warstwy dielektrycznej zastosowano pastę polimerową będącą
mieszaniną proszku BaTiO3 oraz żywicy z modyfikowanego polifluorku winylidenu, rozpuszczalników i plastyfikatorów. Elektroda nieprzezroczysta została wykonana z przewodzącej pasty polimerowej, stanowiącej mieszaninę żywicy z modyfikowanego polifluorku winylidenu, rozpuszczalników i plastyfikatorów, srebra
płatkowego. Struktura została zabezpieczona od strony nieprzezroczystej elektrody
cienką folią poliestrową metodą foliowania na gorąco. Folia charakteryzuje się
wysoką wytrzymałością na przebicie oraz wysoką szczelnością przy oddziaływaniu
wilgoci. Wszystkie warstwy z past polimerowych nakładane były na podłoża
poliestrowe techniką sitodruku.
12
a)
Sprawozdanie z działalności ITE w 2013 r.
b)
512
510
508
[nm]
506
504
502
500
498
496
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
f [Hz]
Rys. 10. Widmo elektroluminescencyjne luminoforu zielonego zasilanego napięciem (90 V) o częstotliwości 1500 Hz (a) oraz przesunięcie maksimum widma emisji światła zielonego w zależności od częstotliwości napięcia zasilającego (b)
Zastosowano sita wykonane z siatki poliestrowej o gęstości 62 oczka/cm dla
warstw luminescencyjnych i 77 oczek/cm dla pozostałych warstw. Po każdym nadruku warstwy były leżakowane przez ok. 15 min. w temperaturze otoczenia, a następnie poddawane procesowi utwardzania w piecu komorowym w 130ºC w czasie
20  30 min. Niezwykle istotny był dobór parametrów procesu sitodruku i wykonania sit dla warstwy luminescencyjnej, taki aby uzyskać optymalną z punktu
widzenia właściwości emisyjnych warstwę nieprzekraczającą grubości 42 μm po
wysuszeniu.
System alarmowy z piezoelektrycznymi czujnikami niebezpiecznych uderzeń
współpracujący z telefonem komórkowym z systemem „Android”
Wykonano demonstrator do wykrywania niebezpiecznych sytuacji, w których mogą znaleźć się pracownicy służb ratowniczych oraz uprawiający sporty ekstremalne
(np. zjazdy rowerowe, ski-alpinizm, futbol amerykański). Urządzenie wykrywa nagłe
i silne uderzenia w newralgiczne rejony głowy (skronie, potylica), a układ elektroniczny dołączony do czujników generuje alarm.
W skład demonstratora wchodzą następujące podzespoły:
 Zespół czujników piezoelektrycznych wykonanych na bazie folii PVDF wraz ze
wzmacniaczami pracującymi jako wzmacniacze ładunkowe. Czujniki wykonano
jako elementy drukowane przy użyciu metody sitodruku. Mogą być także wykonane jako wydruk cienkich warstw magnetycznych na podłożu z folii elastycznej
stosowanej do montażu układów elektronicznych lub nawet specjalnego papieru
(np. firmy Schoeller). Zaletą takiego rozwiązania jest jego niska cena okupiona
jednak niską trwałością.
 Interfejs USB zbudowany w oparciu o układy scalone firmy FTDI lub Nettigo.
 Akumulatory. Zastosowano moduły litowo-jonowe CoinPower CP1654 produkowane
przez Varta-Microbatteries. Ładowarkę zbudowano w oparciu o układ LTC4054.
 Oprogramowanie. Podstawowy program został napisany jako aplikacja pracująca
w systemie „Android”.
Zakład Mikroelektroniki
13
Zasadniczym elementem demonstratora są cztery czujniki wydrukowane na folii
piezoelektrycznej PVDF (rys. 11a) i umieszczone w standardowym hełmie rowerowym (rys. 11b) stosowanym w kolarstwie górskim. Użyta w demonstratorze
piezoelektryczna folia z PVDF charakteryzuje się dużym zakresem dynamicznym
obciążeń od 104 Pa do 105 Pa, dużą elastycznością, dużym napięciem wyjściowym
(10 razy większym od ceramiki dla tych samych sił wejściowych), dużą wytrzymałością dielektryczną, dużą wytrzymałością mechaniczną i odpornością na uderzenia, łatwością nadawania kształtu. Może być sklejana klejami komercyjnymi.
Na folię PVDF naniesiono elektrody srebrowe metodą sitodruku. Zastosowano sita
wykonane z siatki poliestrowej o gęstości 62 oczek/cm. Po każdym nadruku warstwy leżakowały przez ok. 15 min. w temperaturze otoczenia, a następnie były poddawane procesowi utwardzania w piecu komorowym w 110ºC w przez 40  60 min.
Zestaw czujników jest dołączony do telefonu komórkowego za pomocą interfejsu
USB i zasilany z pastylkowego akumulatora Li-Ion produkcji Varta Microbatteries. Opcjonalnie układ umożliwia wykorzystanie interfejsu bezprzewodowego Bluetooth.
a)
b)
Rys. 11. Czujniki uderzeń wykonane z folii PVDF (a) oraz fotografia hełmu wraz z interfejsem USB (b)
Testy demonstratora polegały na swobodnym spadku hełmu z wysokości ok. 1,5 m,
a także symulowaniu uderzeń punktowych. Sprawdzano różne miejsca działania
narażenia na hełm. Stwierdzono, że system generuje odpowiedni alarm w przypadku narażeń działających w okolicy potyliczno-skroniowych.
Zaprojektowano i wykonano dwa demonstratory zawierające elementy wykonane w technologii elektroniki drukowanej. Wykonano metodą sitodruku strukturę
wielowarstwową składającą się z nieprzezroczystej elektrody, leżących pod nią
warstw dielektryka, warstwy elektroluminescencyjnej z siarczku cynku i przezroczystej elektrody ITO. Struktura zasilana jest napięciem przemiennym o częstotliwości 1500 Hz i wartości skutecznej 90 V. Demonstrator służy do wyznaczania zalecanych kierunków ruchu w przypadku braku sieci energetycznej i informatycznej.
Wykonano system czujników uderzeń na bazie folii piezoelektrycznej PVDF, na
której nadrukowano elektrody detekcyjne. Czujniki zamontowano w komercyjnie
dostępnym hełmie. System detekcyjny po stwierdzeniu pojawienia się znacznego
14
Sprawozdanie z działalności ITE w 2013 r.
przeciążenia w okolicy potyliczno-skroniowej generuje alarm. Jeśli nie zostanie on
wygaszony przez użytkownika w ciągu 30 s, będzie przekazany do telefonu komórkowego (smartfonu), który wyśle sygnał alarmowy na ustalony wcześniej numer
alarmowy.
Zadanie D3. Rozwój zaawansowanych metod charakteryzacji
strukturalno-elektrycznych oraz nanotechnologii FIB dla wbudowywania
w struktury LTCC nano- i makroobiektów o zaprogramowanych
właściwościach
Celem zadania było zbadanie możliwości zastosowania skaningowej mikroskopii jonowej do charakteryzacji wielowarstwowych struktur wytwarzanych w technologii LTCC.
Zastosowanie metody FIB do charakteryzacji organicznych struktur na
podłożach ceramicznych
W celu zbadania możliwości zastosowania skaningowej mikroskopii jonowej
w urządzeniu FIB do charakteryzacji warstw ceramiczno-polimerowych na podłożach ceramicznych przeprowadzono analizę warstwy polipirolu z wbudowanymi
jonami Cl, naniesionej na podłoże alundowe. Analizie poddano dwie próbki
z różną grubością warstwy polimeru. Badanie wykazało dużą nierównomierność
grubości i powierzchni naniesionych
warstw, a dla cieńszej warstwy polimeru
(struktura 1A) również jej nieciągłość.
Na rys. 12 widać lokalny przekrój
(wcięcie)
struktury 1 wykonane przy użyRys. 12. Przekrój struktury z grubszą warstwą polimeru (struktura 1) wykonany przy użyciu urzą- ciu urządzenia FIB. Zaznaczono zmiedzenia FIB
rzoną grubość warstwy w przykładowym
miejscu (równą ok. 440 nm). Na obrazie
skaningowej mikroskopii jonowej naniesione warstwy widoczne są w postaci
jasnych obszarów. Grubość i powierzchnia warstwy są bardzo nierównomierne.
Obraz lokalnego przekroju naniesionej
warstwy dla struktury 1A (rys. 13) wykazuje, że jest ona bardzo cienka (grubość
rzędu kilkudziesięciu nanometrów). Przy
tak cienkim pokryciu warstwa jest niejednorodna i nieciągła  ciemniejsze obszary
Rys. 13. Cienka niejednorodna i nieciągła warstwa
to dziury, przez które widać podłoże.
naniesiona w strukturze 1A
Zakład Mikroelektroniki
15
Charakteryzacja struktur ceramiczno-polimerowych na podłożach ceramicznych wykazała dużą nierównomierność grubości i powierzchni naniesionych
warstw, a dla bardzo cienkiej warstwy struktury 1A zarówno nierównomierność,
jak i nieciągłość powierzchni.
Uniknięcie uszkodzeń próbki w wyniku padania jonów jest możliwe poprzez
zastosowanie dostatecznie małego prądu wiązki jonów podczas obserwacji. Mimo
że do takiej obserwacji stosuje się najmniejsze prądy wiązki (9,3 pA lub 1,5 pA),
widoczne jest jej oddziaływanie na obserwowany obszar. Szczególnie przy dużych
powiększeniach obrazu należy dopasować do wielkości prądu wiązki jonów odpowiednio niedługi czas obserwacji próbki. Dłuższa obserwacja jednego obszaru powoduje szybkie zniszczenie powierzchni i utratę kontrastu materiałowego, ponieważ podczas obserwacji wiązka pada prostopadle na powierzchnię, wnikając
w nią głębiej niż podczas trawienia przekroju, kiedy jest styczna do wytwarzanej
płaszczyzny.
Zadanie D4. Opracowanie analogowych systemów dla instalacji
fotowoltaicznych z wykorzystaniem elementów nanoelektroniki
Ciągłe dążenie do wzrostu wydajności ogniw fotowoltaicznych przy jednoczesnym obniżaniu kosztów ich wytwarzania spowodowało zainteresowanie zmodyfikowanymi technologiami  cienkowarstwowymi, bazującymi na związkach organicznych, oraz nanotechnologiami.
Na świecie prowadzi się liczne prace związane z gromadzeniem energii generowanej przez ogniwa fotowoltaiczne (superkondensatory, nowe technologie wytwarzania akumulatorów), przetwarzaniem jej w sposób pozwalający na jak najlepsze wykorzystanie oraz ze wspomaganiem autonomicznych instalacji fotowoltaicznych. W Zakładzie prowadzono głównie badania aplikacyjne związane z zastosowaniem najnowszych dedykowanych analogowych układów scalonych do kontrolerów procesu ładowania akumulatora, linearyzacji napięcia wyjściowego superkondensatorów oraz komponentów potrzebnych do budowy hybrydowych autonomicznych instalacji fotowoltaicznych wspomaganych ogniwami paliwowymi oraz termogeneratorami.
Po dokładnej analizie rynku komercyjnych kontrolerów procesu ładowania
akumulatora stwierdzono, że obecnie
brak jest kontrolerów pozwalających na
wyszukiwanie punktu mocy maksymalnej w przypadku, gdy moduł jest częściowo przesłonięty, mimo że taka sytuacja
może często mieć miejsce. Problem ten Rys. 14. Charakterystyka I-V modułu częściowo
ilustruje rys. 14.
przesłoniętego
16
Sprawozdanie z działalności ITE w 2013 r.
Z rysunku tego wynika, że rzeczywista moc maksymalna może znacznie odbiegać od typowego punktu mocy maksymalnej i wtedy trzeba się liczyć z mało
skutecznym wykorzystaniem energii elektrycznej wygenerowanej przez moduł
fotowoltaiczny. Głównym celem, jaki sobie postawiono, jest rozwiązanie tego
problemu.
Dodatkowo na podstawie badań rynkowych postanowiono poszukiwać rozwiązania pozwalającego na współpracę z wieloma typami modułów PV (również z tymi perspektywicznymi) oraz z akumulatorami bazującymi na technologii LiFePO4.
W celu realizacji tego zadania nawiązano współpracę z niemieckim oddziałem
firmy Linear Technology GmbH.
Badania kontrolera procesu ładowania
Przetestowano system bazujący na opracowywanym przez Linear Technology
GmbH dedykowanym układzie scalonym typu LT8490. Podstawowy schemat
aplikacyjny tego układu przedstawiono na rys. 15.
Przeprowadzono wszechstronne testy
i badania systemu kontrolera procesu ładowania i przygotowano raport z ich
przebiegu. Do badań zbudowano specjalistyczne stanowisko badawcze, którego
schemat pokazano na rys. 16.
W stanowisku zastosowano:
 symulator modułów fotowoltaicznych
Agilent E 4350B/J03 10 A 480 W
z autorskim oprogramowaniem oraz
komercyjnym programem Solar
Design Studio v6.0;

multimetr
cyfrowy Keithley model
Rys. 15. Podstawowy układ aplikacyjny układu
2700 o rozdzielczości 6 1/2 cyfry, wyLT8490
posażony w uniwersalną 20-kanałową
kartę multipleksera typu Keithley
7700;
 bocznik amperomierza 50 A, 0,001 ,
±1%, Keithley model 1651;
 programowane obciążenie elektroniczne typu BK 8510, pozwalające na
Rys. 16. Schemat blokowy stanowiska badawczego
zdejmowanie charakterystyk rozładowania w trybie ze stałym prądem (CC), stałym napięciem (CV), stałą mocą (CP)
oraz stałą rezystancją (CR);
 akumulator zrealizowany w technologii LiFePO4, zbudowany z czterech szeregowo połączonych ogniw (konfiguracja 4S) typu SP-LFP40AHA oraz specjalizowanego modułu nadzoru typu PCM-L04S60-546.
Zakład Mikroelektroniki
17
Na stanowisku wielokrotnie przeprowadzono procesy ładowania i rozładowania akumulatora zrealizowanego w technologii LiFePO4, badano poprawność
i szybkość wyszukiwania punktu mocy
maksymalnej, w tym też dla modułu
częściowo przesłoniętego. Pomiary wykonywano co 10 s. Kształt charakterystyki ładowania pokazano na rys. 17. Rys. 17. Przebieg charakterystyki ładowania akuW czasie testów wielokrotnie wykony- mulatora LiFePO4
wano pomiar temperatury układu LT8490, induktora, elementów mocy oraz wybranych punktów płytki drukowanej. Temperatura nie przekraczała 42 °C.
Na podstawie badań można stwier- dzić, że testowany kontroler, zbudowany
w oparciu o układ scalony LT 8490, jest obecnie najciekawszym ze znanych nam
rozwiązań. Działa poprawnie i zgodnie z oczekiwaniami. Wyszukiwanie punktu
mocy maksymalnej jest szybkie, precyzyjne i poprawne również w przypadku
modułu częściowo przesłoniętego. Na wysoką ocenę zasługuje zachowanie się
układu w przypadku niskiego nasłonecznienia modułu (100 W/m2), czyli niskich
prądów na wejściu kontrolera. Poszczególne elementy systemu mają niską temperaturę pracy, a jego sprawność jest bardzo wysoka.
14,5
10
9
14
8
7
13,5
5
I BAT[A]
UBAT [V]
6
13
4
12,5
3
2
12
1
11,5
0
1
201
401
601
801
1001
1201
1401
1601
1801
2001
2201
2401
Sample no
Opracowanie konwerterów do autonomicznych instalacji fotowoltaicznych
z zastosowanie superkondensatorów
Celem prac było opracowanie wybranych komponentów pozwalających na zastosowanie superkondensatorów jako elementów do gromadzenia energii elektrycznej w autonomicznych instalacjach fotowoltaicznych. Ponieważ w czasie ładowania i rozładowania napięcie na baterii superkondensatorów zmienia się bardzo
szerokich granicach, niezbędne jest wyposażenie instalacji w tzw. DC/DC konwerter, który przetworzy zmieniające się w szerokim zakresie napięcie na jego
wejściu na napięcie wyjściowe o stałej
wartości.
Zaprojektowano, wykonano i przebadano konwertery bazujące na układach
LM5118, LM25118, LTC3789 oraz
TPS40200. Najbardziej interesujące ze
względu na praktyczne możliwości ich
zastosowania w autonomicznych instalacjach fotowoltaicznych są konwertery
zbudowane w oparciu o monolityczne
układy scalone typu LM 25118 oraz LTC
3789. Pierwszy z nich, pracujący w uk- Rys. 18. Schemat ideowy DC/DC konwertera baładzie buck-boost, pozwala na zamianę zującego na układzie LM25118
18
Sprawozdanie z działalności ITE w 2013 r.
napięcia wejściowego z zakresu od 5 V
do 42 V na napięcie wyjściowe o dowolnej wartości z zakresu od 1,23 V do 38 V.
W wykonanym modelu wartość tego
napięcia wynosi 12 V ± 1%. Schemat
ideowy konwertera jest przedstawiony na
rys. 18.
Na rys. 19 pokazano zależność sprawności i napięcia wyjściowego od napięcia
przyłożonego na jego wejście. Zależności
Rys. 19. Zależność sprawności i UWY od UWE kon- te zdjęto dla napięcia wyjściowego 12 V
wertera DC/DC bazującego na układzie LM25118
i prądów obciążenia 1 A, 2 A, 3 A.
Wyposażenie układu LM 25118 w wejście synchronizujące umożliwia równoległą pracę do pięciu konwerterów, co
pozwala na zwiększenie prądu wyjściowego do 15 A. Jednak dla prądów wyjściowych do 12 A bardziej uzasadnione
ekonomiczne oraz technicznie jest rozwiązanie bazujące na układzie LTC3789.
Drugi konwerter, zbudowany w oparciu o schemat ideowy przedstawiony na
Rys. 20. Schemat ideowy DC/DC konwertera ba- rys. 20, pozwala na stabilizację napięcia
zującego na układzie LTC3789
wyjściowego o dowolnej wartości z zakresu od 0,8 V do 38 V, przy napięciu
wejściowym zmieniającym się w zakresie od 6 V do 36 V. Napięcie wyjściowe
w wykonanym modelu wynosi 12 V ± 1%.
Konwerter pracuje w układzie buck-boost. W odróżnieniu od układu
LM25118 jego stopień wyjściowy tworzą tranzystory MOSFET pracujące w układzie mostkowym. Pozwala to na uzysRys. 21. Zależność sprawności i UWY od UWE kon- kanie maksymalnego prądu wyjściowego
wertera DC/DC bazującego na układzie LTC3789
równego 12 A.
Na rys. 21 pokazano zależność sprawności i napięcia wyjściowego od napięcia
przyłożonego na jego wejście. Zależności te zdjęto dla napięcia wyjściowego 12 V
i prądów obciążenia 1 A, 4 A, 8 A i 12 A. Zakresy wartości temperatury pracy obu
konwerterów pokrywają się z zakresem wartości temperatury pracy baterii superkondensatorów. Wszystkie niezbędne elementy aplikacyjne pozwalają na ich
realizację w technologii SMD.
Zakład Mikroelektroniki
19
Zaprezentowano prace aplikacyjne związane z zastosowaniem najnowszych
dedykowanych analogowych układów scalonych, przeznaczonych do budowy kontrolerów procesu ładowania akumulatorów, zwłaszcza zrealizowanych w oparciu
o technologię LiFePO4, oraz konwerterów do linearyzacji napięcia wyjściowego
superkondensatorów. Celem prac było opracowanie prototypów nowych komponentów potrzebnych do budowy autonomicznych instalacji fotowoltaicznych,
również tych wspomaganych ogniwami paliwowymi oraz termogeneratorami.
Zadanie 5. Opracowanie modelu bezprzewodowego czujnika wielkości
nieelektrycznych
Przedmiotem projektu było opracowanie układu bezprzewodowego czujnika
wielkości nieelektrycznych. Układ taki zawiera następujące elementy: element
czujnikowy, układ analogowy wejściowy, mikrokontroler, nadajnik radiowy oraz
autonomiczny system zasilania. Grupa czujników komunikuje się z komputerem,
przesyłając drogą radiową wyniki pomiarów, które zapisywane są w relacyjnej
bazie danych i udostępniane za pomocą serwisu WWW.
W skład typowej sieci czujnikowej wchodzą:
 węzły czujnikowe, których zadaniem jest wykonanie pomiaru parametrów obserwowanych i przesłanie wyników pomiarów drogą radiową;
 węzły odbiorcze, których zadaniem jest odbieranie danych od węzłów czujnikowych i przekazywanie ich dalej do węzła serwerowego, z reguły poprzez sieć
internetową;
 węzły serwerowe, których zadaniem jest gromadzenie przesyłanych danych oraz
ich prezentacja dla użytkownika.
W skład pojedynczego węzła czujnikowego wchodzą następujące elementy:
element czujnikowy przekształcający mierzoną wartość nieelektryczną w sygnał
elektryczny, układ analogowego (wzmacniacza wejściowego), mikroprocesor
z przetwornikiem A/C, nadajnik radiowego (radiomodemu) służącego do przesyłania wyników pomiarów oraz system zasilania. Ponieważ węzły czujnikowe,
które muszą działać bezobsługowo, są często umieszczane w miejscach, gdzie nie
ma dostępu do sieci energetycznej, system zasilania czujnika powinien być
systemem autonomicznym. Jako typowe źródło energii stosowane są ogniwa
fotowoltaiczne.
Układ czujnika przewodności wody
Układ został zrealizowany zarówno w postaci płytki drukowanej dla środowiska
Arduino, jak i zintegrowanego modułu w technice LTCC. Schemat modułu
pokazano na rys. 22, a zmontowany układ na rys. 23. Podłoże układu stanowi pięć
warstw folii ceramicznej DP951 (grubości 250 µm). Ścieżki przewodzące wykonano z pasty srebrowej ESL9916. Całość układu poza elektrodami jest zahermetyzowana przy użyciu żywicy. Ponieważ wypalona ceramika LTCC nie wchodzi
20
Sprawozdanie z działalności ITE w 2013 r.
w reakcje chemiczne oraz nie jest penetrowana przez wodę, stanowi bardzo
dobry materiał podłożowym dla wytwarzania czujników pracujących w wodzie.
Układ pracuje na zasadzie analizatora
impedancji zespolonej. Elektrody zanurzone w charakteryzowanej cieczy są
umieszczone w pętli sprzężenia zwrotnego wzmacniacza operacyjnego pracującego w układzie konwertera prąd-napięcie. Sinusoidalne napięcie sterujące
Rys. 22. Schemat układu czujnika przewodności generowane jest przez mikroprocesor na
wody
drodze bezpośredniej syntezy cyfrowej
(DDS): mikroprocesor generuje sygnał
PWM o częstotliwości nośnej 32 kHz,
który jest następnie filtrowany przez dolnoprzepustowy filtr aktywny w układzie
Sallen-Keya; analogicznie jest generowane napięcie odniesienia. Układ umożliwia wytwarzanie sygnałów o częstotliwości do 1 kHz. Napięcie wyjściowe
konwertera wprowadzone jest na wejście
Rys. 23. Kompletny czujnik wykonany w technice
wbudowanego przetwornika A/C mikroLTCC (bez enkapsulacji)
kontrolera ATmega328P i próbkowane
z częstotliwością 8 kHz i rozdzielczością
10 bitów. Próbkowany sygnał (rys. 24)
jest wykorzystywany następnie do wyliczenia wartości skutecznej oraz przesunięcia fazowego (na podstawie momentu
przejścia sygnału przez zero). Wyniki
pomiarów przesyłane są do nadajnika radiowego poprzez port UART (RS232).
Na rys. 25 przedstawiono wykres wartości skutecznej napięcia na wyjściu ukłaRys. 24. Przykładowe wartości próbek sygnału ge- du (U) w funkcji przewodności wody (κ),
neratora PWM oraz przetwornika ADC (f = 440 Hz)
zmierzonej za pomocą miernika konduktancji ELMETRON CPC-411. Na tej podstawie można określić, że w zakresie typowych wartości konduktancji spotykanych w wodach lądowych (100  1000 μS/cm)
wartość napięcia na wyjściu układu zawiera się w przedziale 0,1  1 V, przy
rozdzielczości przetwornika wynoszącej 1 mV. Konduktancja badanej cieczy może być wyliczona z odwrotności zależności podanej na rys. 25.
 [ S / cm]  8  106  (U [mV ])1, 7072 .
Zakład Mikroelektroniki
21
System zasilania
Układ zasilania (rys. 28) pozwala na
zastosowanie kilku źródeł energii uszeregowanych według kolejności przyłączenia do układu LTC4417. Zazwyczaj
jako pierwsze przyłączane jest źródło
fotowoltaiczne (rys. 29 i 30), a jako źródło pomocnicze używana jest pierwotna
bateria litowa 3,6 V.
10000
1000
U [mV]
Z uwagi na fakt, że konduktacja wody
zmienia się wraz z temperaturą, a zatem
raportowany wynik pomiaru musi być
odniesiony do temperatury referencyjnej, urządzenie wyposażone jest we wbudowany czujnik temperatury oparty na
układzie scalonym LM35.
Czujnik współpracuje z systemem transmisji danych opartym na modemie Telit
LE50 (częstotliwość pracy 433 MHz)
pokazanym na rys. 26 i 27. Fizyczne rozdzielenie modułu czujnika oraz nadajnika
radiowego podyktowane jest wymogami
dyrektywy R&TTE, która traktuje zintegrowane urządzenie jako podlegające
certyfikacji. Czujnik przewodności cieczy
z reguły pracuje w zanurzeniu, co utrudnia propagację fal radiowych. Zintegrowanie części radiowej i czujnikowej na
jednym podłożu, jak również wykonanie
w procesie LTCC odpowiedniej anteny nie
przedstawia trudności technologicznych.
U = 10635κ-0,5834
R2 = 0,996
100
10
1
1
10
100
1000
10000
κ [uS/cm]
Rys. 25. Zależność wartości skutecznej napięcia
wyjściowego od przewodności cieczy
Rys. 26. Schemat modułu komunikacyjnego opartego na radiomodemie Telit LE50
Rys. 27. Widok modułu komunikacyjnego opartego na radiomodemie Telit LE50
Rys. 28. System zasilania czujnika
22
Sprawozdanie z działalności ITE w 2013 r.
Rys. 29. Źródło fotowoltaiczne
Rolę stabilizatora napięcia wyjściowego pełni przetwornica LTC3440 pracująca w układzie buck-boost o napięciu
wyjściowym 3,3 V. Zapewnia to wykorzystanie pełnego zakresu napięć roboczych zastosowanych ogniw (2,8 V 
 4,2 V) oraz wysoką sprawność przeRys. 30. Źródło fotowoltaiczne wraz z ogniwem PV twarzania energii (do 96%). Źródło fotowoltaiczne zbudowane jest w oparciu o układy scalone typu LTC3105 i LTC4071.
Ładują one akumulator litowo-jonowy CP1654 o pojemności 100 mAh (producent
Varta Microbatteries). Wrazie potrzeby zasilacz może być uzupełniony o dodatkowy moduł zasilany, np. przez generator termoelektryczny lub piezoelektryczny
(źródłem energii są odpowiednio ciepło
odpadowe lub wibracje).
Rys. 31. Komputer jednoukładowy Raspberry Pi
oraz płytka z radiomodemem Telit
Rys. 32. Schemat płytki radiomodemu Telit węzła
odbiorczego
Węzeł odbiorczy
W przypadku rozwiązania opartego na
radiomodemach XBee rolę węzła odbiorczego pełni urządzenie Digi ConnectPort
X2. Jest to komputer wbudowany, wyposażony w radiomodem oraz złącze
Ethernet. Komputer pracuje pod kontrolą
systemu operacyjnego Linux oraz umożliwia uruchomianie programów napisanych w języku Python.
W przypadku rozwiązania opartego na
radiomodemach Telit rolę węzła odbiorczego pełni komputer jednopłytkowy
Raspberry Pi połączony z radiomodemem
przez port USB za pomocą konwertera
USB/UART typu FT232R (rys. 31 i 32).
W obu przypadkach komunikacja węzła
odbiorczego z węzłem serwerowym zos-
Zakład Mikroelektroniki
23
tała zrealizowana w oparciu o sieć internetową z zastosowaniem protokołu XML-RPC.
Węzeł serwerowy
Odebrane wyniki pomiarów są zapisywane w relacyjnej bazie danych SQLite.
Dla każdego pomiaru zapisuje się następujące wartości: identyfikator węzła czujnikowego, oznaczenie parametru mierzonego, datę i czas pomiaru, wynik pomiaru
oraz jednostkę.
Dostęp do danych jest możliwy przy użyciu przeglądarki internetowej. Za udostępnianie danych odpowiada specjalizowany serwer WWW. Warstwa wizualizacji
danych, działająca w ramach strony WWW, napisana jest w języku JavaScript.
Oprogramowanie serwerowe napisane jest w całości w języku Python, co umożliwia jego uruchomienie zarówno w systemie operacyjnym Windows, jak i Linux,
w tym na komputerach wbudowanych w rodzaju Raspberry Pi.
W ramach projektu opracowano wszystkie komponenty bezprzewodowej sieci
czujnikowej służącej do pomiaru wielkości nieelektrycznych. Bezprzewodowy
przesył informacji został zrealizowany w dwóch różnych systemach. Wykonano
cyfrowy czujnik przewodności wody zintegrowany na podłożu LTCC oraz autonomiczny system zasilania oparty na ogniwach PV.
4. Modele, prototypy, wdrożenia
Modele
 Ceramiczna folia warystorowa WS2
 Ceramiczna folia termistorowa T1
 Ceramiczna folia o niskim współczynniku rozszerzalności termicznej D-CA2
 Ceramiczna folia termistorowa T2
 Kontroler procesu ładowania akumulatora LiFePO4 dla potrzeb autonomicznych
instalacji PV typu RSS-20
 Kontroler ładowania akumulatora przeznaczony do współpracy z generatorami
termoelektrycznymi
 Demonstrator systemu zasilania bezprzerwowego
 Generator termoelektryczny do wspomagania autonomicznych instalacji PV.
Prototypy
 Bezprzewodowy moduł pomiarowo-sterujący z zasilaniem autonomicznym
 Zasilacz do urządzeń sterujących centralnym ogrzewaniem wykorzystujący odpadową energię cieplną
 Termostatowany zestaw siedzisk do hodowli ptaków
 Bezprzewodowy moduł sygnalizacyjny zasilany elastycznym ogniwem fotowoltaicznym
24
Sprawozdanie z działalności ITE w 2013 r.
 Hełm z piezoelektrycznymi czujnikami niebezpiecznych uderzeń współpracujący z telefonem komórkowym z systemem „Android”
 DC/DC konwerter typu DDSC-01
 DC/DC konwerter typu DDSC-02
5. Współpraca międzynarodowa
W ramach Programu Eureka E!4570- IPCTECH kontynuowano projekt „Nowa
generacja trójwymiarowych zintegrowanych elementów biernych i mikrosystemów
technologii LTCC”.
Zakład aktywnie uczestniczy w działalności Stowarzyszenia Elektroniki Organicznej (OEA). Pracownicy Zakładu biorą udział w kwartalnych spotkaniach Stowarzyszenia oraz w pracach grup roboczych ds. hermetyzacji organicznych elementów półprzewodnikowych i opracowywania demonstratora wykorzystującego
elementy organicznej elektroniki drukowanej.
W ramach programu UE Maria Curie realizowany jest projekt SENSEIVER,
koordynowany przez Uniwersytet w Nowym Sadzie (Serbia). Zakład współpracuje
z partnerami z Serbii, Austrii, Portugalii, Niemiec, Rumunii i Polski. W ramach
projektu w 2013 r. zorganizowano spotkanie członków konsorcjum i międzynarodowe szkolenie z zakresu technologii LTCC SENSEIVER Summer School I.
6. Działalność edukacyjna
Pracownicy naukowi zakładu prowadzili dla studentów Wydziału Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Akademii Górniczo-Hutniczej
w Krakowie zajęcia laboratoryjne w zakresie technologii warstw grubych, technologii montażu powierzchniowego, systemów fotowoltaicznych, technologii LTCC.
Dla studentów Akademii Górniczo-Hutniczej, Politechniki Wrocławskiej, Politechniki Śląskiej, Politechniki Krakowskiej, Politechniki Warszawskiej były prowadzone praktyki wakacyjne oraz praktyki dyplomowe. Konsultowano i prowadzono
prace dyplomowe magisterskie w zakresie technologii grubowarstwowej, techniki
montażu powierzchniowego, fotowoltaiki i oświetlenia LED oraz materiałów magnetoelektrycznych.
7. Organizacja konferencji
W dniach 2225 września 2013 r. w Krakowie zorganizowano międzynarodową
konferencję naukową 37th International Microelectronics and Packaging IMAPSCPMT Poland Conference.
Zakład Mikroelektroniki
25
Publikacje’2013
[P1] BOCHENEK D., NIEMIEC P., CHROBAK A., ZIÓŁKOWSKI G., GUZDEK P., BŁACHOWSKI A.:
Ferroelectric - Ferromagnetic Ceramic Composites of Base on Doped PZT Type and Ferrite Powders.
J. of Magnet. a. Magn. Mater. (złoż. do red.).
[P2] BOCHENEK D., NIEMIEC P., ZACHARIASZ P., GUZDEK P., CHROBAK A., ZIÓŁKOWSKI G., HOLZ D.:
Ferroelectric and Ferromagnetic Properties of the (1-x)NiZnFeO4-(x)Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 Composite. Inż.
Mater. (złoż. do red.).
[P3] CIECIŃSKA M., STOCH P., STOCH A.: Thermal Properties of Vitrified LLW Hospital Waste
Incineration Ash. J. of Thermal Analysis a. Calorimetry (złoż. do red.).
[P4] CVEJIN K., MANJAKKAL L., KULAWIK J., ZARASKA K., SZWAGIERCZAK D.: Synthesis, Electrical
Characterization and Application in Oxygen Sensors of Sr Doped Samarium Cobaltite. Proc. of the
37th Int. Microelectronics a. Packaging IMAPS-CPMT Poland Conf. Kraków, 2225.09.2013,
s. 14.
[P5] CVEJIN K., MANJAKKAL L., KULAWIK J., ZARASKA K., SZWAGIERCZAK D.: Synthesis of
Perovskite Sr Doped Lanthanide Cobaltites and Ferriters and Application for Oxygen Sensors:
a Comparative Study. Key Eng. Mater. (złoż. do red.).
[P6] CVEJIN K., MANJAKKAL L., KULAWIK J., ZARASKA K., SZWAGIERCZAK D.: Application of
Perovskite Strontium Doped Lanthanide Cobaltites and Ferrites in Potentiometric Oxygen Sensors.
Sensor Lett. (złoż. do red.).
[P7] CVEJIN K., MOJIĆ B., SAMARDZIĆ N., SRDIĆ V.V., STOJANOWIĆ G.M.: Dielectric Studies of
Barium Bismuth Titanate as a Material for Application in Temperature Sensors. J. of Mater. Sci.:
Mater. in Electron. 2013 vol. 24 s. 12431249.
[P8] GRZESIAK W.: Wykorzystanie energooszczędnego oświetlenia w rolnictwie - stan badań i perspektywy rozwoju. Współczesna inżynieria rolnicza - osiągnięcia i nowe wyzwania. PTIR, Kraków,
2013, s. 157189.
[P9] GRZESIAK W., MAĆKÓW P., MAJ T., KLUGMANN-RADZIEMSKA E., GRZESIAK P.: Zdalne modelowanie i walidacja projektów hybrydowych instalacji fotowoltaicznych wspomaganych ogniwami
paliwowymi. Elektronika 2013 vol. LIV nr 6 s. 6668.
[P10] GRZESIAK W., MAĆKÓW P., MAJ T., KLUGMANN-RADZIEMSKA E., GRZESIAK P.: Zdalne modelowanie i walidacja projektów hybrydowych instalacji fotowoltaicznych wspomaganych ogniwami
paliwowymi. Mat. konf. XII Kraj. Konf. Elektroniki. Darłówko Wschodnie, 1013.06.2013, s. 818823.
[P11] GRZESIAK W., MAĆKÓW P., MAJ T., KUBICA D., ZAWORA S.: Programowalny system do badań
wybranych charakterystyk i parametrów akumulatorów. Prz. Elektrotech. 2013 vol. 89 nr 10
s. 7779.
[P12] GRZESIAK W., MAĆKÓW P., MAJ T., KUBICA D., ZAWORA S.: Programowalny system do badań
wybranych charakterystyk i parametrów akumulatorów. Mat. konf. XII Kraj. Konf. Elektroniki.
Darłówko Wschodnie, 1013.06.2013, s. 274279.
[P13] GRZESIAK W., MAĆKÓW P., PIEKARSKI J., KLUGMANN-RADZIEMSKA E., GRZESIAK P.: Komercyjne moduły superkondensatorów. Wybrane zagadnienia aplikacyjne. Prz. Elektrotech. 2013 vol. 89
nr 10 s. 8082.
[P14] GRZESIAK W., MAĆKÓW P., PIEKARSKI J., GRZESIAK P.: Komercyjne moduły superkondensatorów. Wybrane zagadnienia aplikacyjne. Mat. konf. XII Kraj. Konf. Elektroniki. Darłówko
Wschodnie, 1013.06.2013, s. 280285.
26
Sprawozdanie z działalności ITE w 2013 r.
[P15] GRZESIAK W., PIEKARSKI J., WITEK K., GRZESIAK P.: Zastosowanie generatorów termoelektrycznych do wspomagania autonomicznych instalacji fotowoltaicznych. Elektronika 2013 vol.
LIV nr 5 s. 1618.
[P16] GRZESIAK W., PIEKARSKI J., WITEK K., GRZESIAK P.: Zastosowanie generatorów termoelektrycznych do wspomagania autonomicznych instalacji fotowoltaicznych. Mat. konf. XII Kraj.
Konf. Elektroniki. Darłówko Wschodnie, 1013.06.2013, s. 770775.
[P17] GRZESIAK W., WITEK K., KLUGMANN-RADZIEMSKA E., GRZESIAK P.: An Interactive System
for Remote Modeling and Design Validation of Hybrid Photovoltaic Systems. Microelectron. Int.
(złoż. do red.).
[P18] GRZESIAK W., WITEK K., KLUGMANN-RADZIEMSKA E., GRZESIAK P.: An Interactive System
for Remote Modeling and Design Validation of Hybrid Photovoltaic Systems. Proc. of the 37th Int.
Microelectronics a. Packaging IMAPS-CPMT Poland Conf. Kraków, 2225.09.2013, s. 14.
[P19] GUZDEK P.: Magnetostriction and Magnetoelectric Effect in Intermetallic/Relaxor/PVDF
Composites. Proc. of the Int. Symp. on the Applications of Ferroelectrics - Piezoresponse Force
Microscopy Workshop. Praga, Czechy, 2125.07.2013, s. 218221.
[P20] GUZDEK P.: The Magnetostrictive and Magnetoelectric Characterization of Ni0.3Zn0.62Cu0.08Fe2O4-Pb(FeNb)0.5 Laminated Composite. J. of Magnet. a. Magn. Mater. 2014 vol. 349 s. 219223.
[P21] GUZDEK P.: Magnetoelectric Properties in Nickel Ferrite  Niobate Relaxor Bulk Composites.
Advanc. in Sci. a. Technol. 2013 vol. 77 s. 215219.
[P22] JASIEWICZ B., KLIMIEC E., ZARASKA W., PIEKARSKI J., ZARASKA K., CZYRNEK G.:
Measurement of Foot Plantar Pressure in Dynamic Conditions  Measurement System and Data
Analysis. The J. of Orthopaed. Trauma Surg. a. Related Res. 2013 vol. 1(31) s. 8182.
[P23] KLIMIEC E., PIEKARSKI J., ZARASKA W., JASIEWICZ B.: Electronic Measurement System for
Examination of the Kinetics of Foot Working in Natura. Proc. of the 37th Int. Microelectronics
a. Packaging IMAPS-CPMT Poland Conf. Kraków, 2225.09.2013, s. 1.
[P24] KLIMIEC E., PIEKARSKI J., ZARASKA W., JASIEWICZ B.: Electronic Measurement System of
Foot Plantar Pressure. Microelectron. Int. (złoż. do red.).
[P25] KLIMIEC E., ZARASKA W., PIEKARSKI J., JASIEWICZ B.: PVDF Sensors  Research on Foot
Pressure Distribution in Dynamic Conditions. Advanc. in Sci. a. Technol. 2013 vol. 79 s. 9499.
[P26] KLUGMANN-RADZIEMSKA E., GRZESIAK W.: Possibilities of Electrical Energy Generation in
Photovoltaic Systems Installed in Central Europe. Proc. of the 28th Europ. Photovoltaic Solar
Energy Conf. a. Exh. Paryż, Francja, 30.094.10.2012, s. 40514054.
[P27] KŁOS H., SYNKIEWICZ B., BAR J.: Development of the Technology Related to the Selective
Covering of Detectors Surface with Dielectric Light-Proof Layer. Electron Technology Conf. 2013,
w serii: Proc. of SPIE 2013 t. 8902 s. 89021L-1-5.
[P28] KOWAL K., JARTYCH E., GUZDEK P., WODECKA-DUŚ B., LISIŃSKA-CZEKAJ A., CZEKAJ D.:
Magnetoelectric Properties of (BiFeO3)x-(BaTiO3)1-x Solid Solutions. Proc. of the Int. Interdisciplinary
PhD Workshop. Brno, Czechy, 811.09.2013, s. 4145.
[P29] KRAWCZYK A., ZWOŹNIAK A., GUZDEK P., STOCH P., ZACHARIASZ P., SUWALSKI J., PSZCZOŁA J.:
Hyperfine Interactions in Tb0.27-xYxDy0.73Fe2 Compounds at 295 K. Nukleonika 2013 vol. 58 nr 1
s. 133135.
[P30] KULAWIK J., SZWAGIERCZAK D.: Characterization of Multilayer Perovskite Thermistors
Fabricated via Tape Casting and Cofiring Route. Sensor Lett. (złoż. do red.).
Zakład Mikroelektroniki
27
[P31] KULAWIK J., SZWAGIERCZAK D., SYNKIEWICZ B.: Fabrication of CaCu3Ti4O12 Multilayer
Capacitors, Their Microstructure and Dielectric Properties. Ferroelectrics 2013 nr 447 s. 1932.
[P32] KULAWIK J., SZWAGIERCZAK D., SYNKIEWICZ B.: Preparation by Tape Casting and
Characterization of Pr2O3-Doped ZnO Multilayer Varistors. Proc. of the 37th Int. Microelectronics
a. Packaging IMAPS-CPMT Poland Conf. Kraków, 2225.09.2013, s. 15.
[P33] KULAWIK J., SZWAGIERCZAK D., WITEK K., SKWAREK A., GROEGER B.: Multilayer Perovskite-Based Thermistors Fabricated by LTCC Technology. Acta Phys. Pol. A 2013 vol. 123 nr 2 s. 436438.
[P34] KULAWIK J., SZWAGIERCZAK D.: Properties of Multilayer NTC Perovskite Thermistors
Prepared by Tape Casting, Lamination and Cofiring. Proc. of the 3rd Int. Conf. on Materials
a. Applications for Sensors a. Transducers. Praga, Czechy, 1317.09.2013 (złoż. do red.).
[P35] KULAWIK J., SZWAGIERCZAK D., ZARASKA K.: Low Temperature Co-Fired Ceramics. Lab
Notes. SENSEIVER Summer School I Kraków, 22.095.10.2013, vol. 3 s. 91119.
[P36] MACHNIK M.: IP Networks. Lab Notes. SENSEIVER Summer School I. Kraków, 22.095.10.2013,
vol. 3, s. 514.
[P37] MACHNIK M., ZARASKA K.: Introduction to Internet Protocol. SENSEIVER Summer School I.
Kraków, 22.095.10.2013, vol. 1 s. 5.
[P38] MANJAKKAL L., CVEJIN K., KULAWIK J., CZYRNEK G., ZARASKA K., SZWAGIERCZAK D.: Screen
Printed Metal Oxide pH Sensor for Monitoring of Water Pollution. Proc. of the 37th Int. Microelectronics a. Packaging IMAPS-CPMT Poland Conf. Kraków, 2225.09.2013, s. 14.
[P39] MANJAKKAL L., CVEJIN K., KULAWIK J., ZARASKA K., SZWAGIERCZAK D.: A Low-Cost Sensor
Based on RuO2 Resistor Material. Nano Hybrids 2013 vol. 5 s. 115.
[P40] MANJAKKAL L., CVEJIN K., KULAWIK J., ZARASKA K., SZWAGIERCZAK D.: Influence of
Resistivity and Storage Conditions on Sensitivity of pH Sensors Made of RuO2. Sensor Lett. (złoż.
do red.).
[P41] MANJAKKAL L., CVEJIN K., KULAWIK J., ZARASKA K., SZWAGIERCZAK D.: The Effect of Sheet
Resistivity and Storage Conditions on Sensitivity of RuO2 Based pH Sensors. Proc. of the 3rd Int.
Conf. on Materials a. Applications for Sensors a. Transducers. Praga, Czechy, 1317.09.2013 (złoż.
do red.).
[P42] PIEKARSKI J., KLIMIEC E., ZARASKA W.: Application of Mobile Computers in a Measuring
System Supporting Examination of Posture Diseases. Electron Technology Conf. 2013, w serii: Proc.
of SPIE 2013 t. 8902 s. 89021Q-1-6.
[P43] RADOVANOVIĆ M., STOJANOWIĆ G. M., DINIĆ M., MATIĆ B., ALEKSIĆ O., CVEJIN K.: Senzorski
sistem za merenje temperature asfalta. INFOTECH-JAHORINA 2013 vol. 12 s. 11311135.
[P44] SKULSKI R., WAWRZAŁA P., BOCHENEK D., KULAWIK J., SZWAGIERCZAK D., NIEMIEC P.:
Multilayer Ceramic Capacitors Based on the PMN-PT-PFN Solid Solution. Advanc. in Sci. a.
Technol. 2013 vol. 77 s. 4146.
[P45] SKWAREK A., KULAWIK J., CZERWIŃSKI A., PŁUSKA M., WITEK K.: Testing Method of Lead-Free Tin-Rich Alloys for Tin Pest Presence. J. of Mat. Sci. (złoż. do red.).
[P46] SKWAREK A., SYNKIEWICZ B., W ITEK K., WROŃSKI S.: Application of Vapor Phase Soldering
(VPS) for Joints Reliability Improvement. Int. J. of Model. a. Optimiz. 2013 vol. 3 nr 5 s. 386389.
[P47] STOCH P., CIECIŃSKA M., STOCH A.: Thermal Properties of Phosphate Glasses for Salt Waste
Immobilization. J. of Thermal Analysis a. Calorimetry (złoż. do red.).
28
Sprawozdanie z działalności ITE w 2013 r.
[P48] STOCH P., SZCZERBA W., BODNAR W., CIECIŃSKA M., STOCH A.: Structural Properties of Iron
Phosphate Glasses by Spectroscopic Methods and DFT Simulations. Phys. Rev. B (złoż. do red.).
[P49] STOLARSKI M., WĘGRZECKI M., KULAWIK J., SYNKIEWICZ B.: Study the Influence of
Construction and Technology on the Time Stability of the Neutron Sensors Developed by ITE.
Electron Technology Conf. 2013, w serii: Proc. of SPIE 2013 t. 8902 s. 89021C-1-5.
[P50] SYNKIEWICZ B., SKWAREK A., W ITEK K.: Voids Investigation in Solder Joints Formed with
Vapour Phase Soldering (VPS). Solder. a. Surface Mount Technol. (złoż. do red.).
[P51] SYNKIEWICZ B., SKWAREK A., WITEK K.: Voids Investigation in Solder Joints Performed with
Vapour Phase Soldering. Proc. of the 37th Int. Microelectronics a. Packaging IMAPS-CPMT Poland
Conf. Kraków, 2225.09.2013, s. 15.
[P52] SZWAGIERCZAK D.: Comparative Study on Structural and Dielectric Properties of High
Permittivity A2/3CuTa4O12 (A=Bi,Y,Nd,Sm,Gd,Dy) Ceramics. Proc. of the 37th Int. Microelectronics
a. Packaging IMAPS-CPMT Poland Conf. Kraków, 2225.09.2013, s. 15.
[P53] WĘGRZECKI M., BAR J., BUDZYŃSKI T., C IEŻ M., GRABIEC P., KOZŁOWSKI R., KULAWIK J.,
PANAS A., SARNECKI J., SŁYSZ W., SZMIGIEL D., WĘGRZECKA I., WIELUNSKI M., WITEK K.,
YAKUSHEV A., ZABOROWSKI M.: Design and Properties of Silicon Charged-Particle Detectors
Developed at the Institute of Electron Technology (ITE). Electron Technology Conf. 2013, w serii:
Proc. of SPIE 2013 t. 8902 s. 89021I-1-1.
[P54] WITEK K., SKWAREK A., SYNKIEWICZ B., GUZDEK P., ARAZNA A.: Technological Aspects of
Semiconductor Thermogenerator (TEG) Assembly. Int. J. of Model. a. Optimiz. 2013 vol. 3 nr 5
s. 390393.
[P55] ZARASKA K.: Arduino/Internet Protocol Sensor Networks. Lab Notes. SENSEIVER Summer
School I. Kraków, 22.095.10.2013, vol. 3 s. 4190.
[P56] ZARASKA K.: Internet Protocol: Embedded & Security. SENSEIVER Summer School I.
Kraków, 22.095.10.2013, vol. 1 s. 137.
[P57] ZARASKA K., MACHNIK M.: Programming Internet Protocol Applications. Lab Notes.
SENSEIVER Summer School I Vol. 3, Kraków 22.095.10.2013, s. 1540.
[P58] ZAWADZKA M., KULAWIK J., SZWAGIERCZAK D., ZARASKA K.: Free-Grown Polypyrrole
Sensors. Proc. of the 37th Int. Microelectronics a. Packaging IMAPS-CPMT Poland Conf. Kraków,
2225.09.2013, s. 14.
[P59] ZAWADZKA M., KULAWIK J., SZWAGIERCZAK D., ZARASKA K.: In-situ Polymerized
Polypyrrrole Films for Sensors Application. Microelectron. Int. (złoż. do red.).
[P60] ZWOŹNIAK A., KRAWCZYK A., STOCH P., GUZDEK P., ZACHARIASZ P., SUWALSKI J., PSZCZOŁA J.:
Hyperfine Interactions in Dy(Co0.4-xNixFe0.6) Compounds at 295K. Nukleonika 2013 vol. 58 nr 1
s. 179181.
Prezentacje’2013
[K1] CVEJIN K., MANJAKKAL L., KULAWIK J., ZARASKA K., SZWAGIERCZAK D.: Synthesis of
Perovskite Sr Doped Lanthanide Cobaltites and Ferriters and Application for Oxygen Sensors:
a Comparative Study. 3rd Int. Conf. on Materials a. Applications for Sensors a. Transducers. Praga,
Czechy, 1317.09.2013 (plakat).
[K2] GRZESIAK W., MAĆKÓW P., MAJ T., KLUGMANN-RADZIEMSKA E., GRZESIAK P.: Zdalne
modelowanie i walidacja projektów hybrydowych instalacji fotowoltaicznych wspomaganych
Zakład Mikroelektroniki
29
ogniwami paliwowymi. XII Kraj. Konf. Elektroniki. Darłówko Wschodnie, 1013.06.2013 (plakat,
kom.).
[K3] GRZESIAK W., MAĆKÓW P., MAJ T., KUBICA D., ZAWORA S.: Programowalny system do badań
wybranych charakterystyk i parametrów akumulatorów. XII Kraj. Konf. Elektroniki. Darłówko
Wschodnie, 1013.06.2013 (plakat, kom.).
[K4] GRZESIAK W., MAĆKÓW P., PIEKARSKI J., KLUGMANN-RADZIEMSKA E., GRZESIAK P.:
Komercyjne moduły superkondensatorów. Wybrane zagadnienia aplikacyjne. XII Kraj. Konf. Elektroniki. Darłówko Wschodnie, 1013.06.2013 (plakat, kom.).
[K5] GRZESIAK W., PIEKARSKI J., WITEK K., GRZESIAK P.: Zastosowanie generatorów termoelektrycznych do wspomagania autonomicznych instalacji fotowoltaicznych. XII Kraj. Konf. Elektroniki.
Darłówko Wschodnie, 1013.06.2013 (plakat, kom.).
[K6] GRZESIAK W., WITEK K., KLUGMANN-RADZIEMSKA E., GRZESIAK P.: An Interactive System for
Remote Modeling and Design Validation of Hybrid Photovoltaic Systems. 37th Int. Microelectronics
a. Packaging IMAPS-CPMT Poland Conf. Kraków, 2225.09.2013 (plakat, kom.).
[K7] GUZDEK P.: Właściwości magnetostrykcyjne i magnetoelektryczne kompozytów ceramicznych.
XI Konf. Nauk. "Technologia Elektronowa". Ryn, 1620.04.2013 (plakat, kom.).
[K8] GUZDEK P.: Magnetostriction and Magnetoelectric Effect in Intermetallic/Relaxor/PVDF
Composites. Int. Symp. on the Applications of Ferroelectrics  Piezoresponse Force Microscopy
Workshop. Praga, Czechy, 2125.07.2013 (plakat).
[K9] JASIEWICZ B., KLIMIEC E., ZARASKA W., PIEKARSKI J., ZARASKA K., CZYRNEK G.: Measurement
of Foot Plantar Pressure in Dynamic Conditions  Measurement System and Data Analysis. 5th Polish
Foot and Ankle Meet. Jastarnia, 1113.04.2013 (ref.).
[K10] KLIMIEC E., PIEKARSKI J., ZARASKA W., JASIEWICZ B.: Electronic Measurement System for
Examination of the Kinetics of Foot Working in Natura. 37th Int. Microelectronics a. Packaging
IMAPS-CPMT Poland Conf. Kraków, 2225.09.2013 (plakat).
[K11] KLIMIEC E., ZARASKA K., ZARASKA W., PIEKARSKI J.: Piezoelectric Polymer Sensors for Posture
Diagnostic. Smart Frame. Warszawa, 2021.02.2013 (ref.).
[K12] KLUGMANN-RADZIEMSKA E., GRZESIAK W.: Possibilities of Electrical Energy Generation in
Photovoltaic Systems Installed in Central Europe. 28th Europ. Photovoltaic Solar Energy Conf. a. Exh.
Paryż, Francja, 30.094.10.2012 (plakat, kom.).
[K13] KŁOS H., SYNKIEWICZ B., BAR J.: Opracowanie technologii selektywnego pokrywania powierzchni detektorów dielektryczną warstwą światłoszczelną. XI Konf. Nauk. "Technologia Elektronowa". Ryn, 1620.04.2013 (plakat).
[K14] KOWAL K., JARTYCH E., GUZDEK P., WODECKA-DUŚ B., LISIŃSKA-CZEKAJ A., CZEKAJ D.:
Magnetoelectric Properties of (BiFeO3)x-(BaTiO3)1-x Solid Solutions. Int. Interdisciplinary PhD
Workshop. Brno, Czechy, 811.09.2013 (ref.).
[K15] KULAWIK J., SZWAGIERCZAK D., SYNKIEWICZ B.: Processing and Properties of Multilayer
Varistors Based on Doped ZnO. XIV Int. Conf. on Intergranular and Interphase Boundaries in
Materials. Halkidiki, Grecja, 2328.06.2013 (plakat).
[K16] KULAWIK J., SZWAGIERCZAK D., SYNKIEWICZ B.: Preparation by Tape Casting and Characterization of Pr2O3-Doped ZnO Multilayer Varistors. 37th Int. Microelectronics a. Packaging IMAPS-CPMT Poland Conf. Kraków, 2225.09.2013 (plakat).
30
Sprawozdanie z działalności ITE w 2013 r.
[K17] KULAWIK J., SZWAGIERCZAK D.: Properties of Multilayer NTC Perovskite Thermistors
Prepared by Tape Casting, Lamination and Cofiring. 3rd Int. Conf. on Materials a. Applications for
Sensors a. Transducers. Praga, Czechy, 1317.09.2013 (plakat).
[K18] KULAWIK J., SZWAGIERCZAK D., ZARASKA K.: Low Temperature Co-Fired Ceramics. Lab
Notes. SENSEIVER Summer School I. Kraków, 22.095.10.2013 (ref.).
[K19] MACHNIK M.: IP Networks. Lab Notes. SENSEIVER Summer School I. Kraków,
22.095.10.2013 (ref.).
[K20] MACHNIK M., ZARASKA K.: Introduction to Internet Protocol. SENSEIVER Summer School I.
Kraków, 22.095.10.2013 (ref.).
[K21] MANJAKKAL L., CVEJIN K., KULAWIK J., ZARASKA K., SZWAGIERCZAK D.: A Low-Cost pH
Sensor Based on RuO2 Resistor Material. Indo-US Workshop on Nano Structured Electronic
Materials, Challenges and Relevance to Electronic & Energy Research. Thissur, Indie, 811.03.2013
(plakat).
[K22] MANJAKKAL L., CVEJIN K., KULAWIK J., CZYRNEK G., ZARASKA K., SZWAGIERCZAK D.:
Screen Printed Metal Oxide pH Sensor for Monitoring of Water Pollution. 37th Int. Microelectronics
a. Packaging IMAPS-CPMT Poland Conf. Kraków, 2225.09.2013 (plakat).
[K23] MANJAKKAL L., CVEJIN K., KULAWIK J., ZARASKA K., SZWAGIERCZAK D.: The Effect of Sheet
Resistivity and Storage Conditions on Sensitivity of RuO2 Based pH Sensors. 3rd Int. Conf. on
Materials a. Applications for Sensors a. Transducers. Praga, Czechy, 1317.09.2013 (plakat).
[K24] PIEKARSKI J., KLIMIEC E., ZARASKA W.: Application of Mobile Computers in a Measuring
System Supporting Examination of Posture Diseases. XI Konf. Nauk. "Technologia Elektronowa".
Ryn, 1620.04.2013 (plakat).
[K25] SKWAREK A., KULAWIK J., CZERWIŃSKI A., PŁUSKA M., WITEK K.: Testing Method of Lead-Free Tin-Rich Alloys for Tin Pest Presence. XIV Int. Conf. on Intergranular and Interphase
Boundaries in Materials. Halkidiki, Grecja, 2328.06.2013 (plakat).
[K26] SKWAREK A., SYNKIEWICZ B., WITEK K., WROŃSKI S.: Application of Vapor Phase Soldering
(VPS) for Joints Reliability Improvement. 3rd Int. Conf. on Circuits, System a. Simulation. Barcelona,
Hiszpania, 1011.08.2013 (ref.).
[K27] STOCH P., C IECIŃSKA M., ZACHARIASZ P., STOCH A.: Mössbauer Effect Studies of Iron
Phosphate Glasses for Radioactive Waste Immobilisation. 23rd Int. Congress on Glass. Praga,
Czechy, 15.07.2013(plakat).
[K28] STOLARSKI M., WĘGRZECKI M., KULAWIK J., SYNKIEWICZ B.: Badanie wpływu konstrukcji
i technologii na stabilność czasową sensorów neutronów opracowanych w ITE. XI Konf. Nauk.
"Technologia Elektronowa". Ryn, 1620.04.2013 (plakat).
[K29] SYNKIEWICZ B., SKWAREK A., WITEK K.: Voids Investigation in Solder Joints Performed with
Vapour Phase Soldering. 37th Int. Microelectronics a. Packaging IMAPS-CPMT Poland Conf.
Kraków, 2225.09.2013 (plakat).
[K30] SZWAGIERCZAK D.: Comparative Study on Structural and Dielectric Properties of High
Permittivity A2/3CuTa4O12 (A=Bi,Y,Nd,Sm,Gd,Dy) Ceramics. 37th Int. Microelectronics a. Packaging
IMAPS-CPMT Poland Conf. Kraków, 2225.09.2013 (plakat).
[K31] SZWAGIERCZAK D., KULAWIK J.: Microstructure and Dielectric Properties of Bismuth Copper
Tantalate as Internal Barrier Layer Capacitor Ceramic. Ferroelectrics 2013 nr 446 s. 7890.
Zakład Mikroelektroniki
31
[K32] SZWAGIERCZAK D., KULAWIK J., SYNKIEWICZ B.: Multilayer Internal Barrier Layer Capacitors
with Bi2/3CuTa4O12 Dielectric. XIV Int. Conf. on Intergranular and Interphase Boundaries in
Materials. Halkidiki, Grecja, 2328.06.2013 (plakat).
[K33] WĘGRZECKI M., BAR J., CIEŻ M., GRABIEC P., KOZŁOWSKI R., KULAWIK J., PANAS A.,
SARNECKI J., SŁYSZ W., SZMIGIEL D., WĘGRZECKA I., WIELUNSKI M., WITEK K., YAKUSHEV A.,
ZABOROWSKI M.: Konstrukcja i właściwości opracowanych w ITE krzemowych detektorów
naładowanych cząstek. XI Konf. Nauk. "Technologia Elektronowa". Ryn, 1620.04.2013 (kom.).
[K34] WITEK K., SKWAREK A., SYNKIEWICZ B., GUZDEK P., ARAZNA A.: Technological Aspects of
Semiconductor Thermogenerator (TEG) Assembly. 3rd Int. Conf. on Circuits, System a. Simulation.
Barcelona, Hiszpania, 1011.08.2013 (ref.).
[K35] ZARASKA K.: Arduino/Internet Protocol Sensor Networks. Lab Notes SENSEIVER Summer
School I. Kraków, 22.095.10.2013 (ref.).
[K36] ZARASKA K., MACHNIK M.: Programming Internet Protocol Applications. Lab Notes.
SENSEIVER Summer School I. Kraków, 22.095.10.2013 (ref.).
[K37] ZARASKA K.: Internet Protocol: Embedded & Security. SENSEIVER Summer School I.
Kraków, 22.095.10.2013 (ref.).
[K38] ZAWADZKA M.: Polypyrrole Based Sensors for Toxic Gases Detection. The Fifth Supervisory
Board/Network Management Board Meeting (SENSEIVER Project). Wieliczka, 22.09.2013 (ref.).
[K39] ZAWADZKA M.: Conducting Polymer Based Materials for Sensor Applications. Workshop#2
(SENSEIVER Project). Wiedeń, Austria, 18.11.2013 (ref.).
[K40] ZAWADZKA M.: Conducting Polymer Based Materials for Sensor Applications. Mid-Term
Review Meet. (SENSEIVER Project). Wiedeń, Austria, 19.11.2013 (ref.).
[K41] ZAWADZKA M., CVEJIN K., MANJAKKAL L.: LTCC Sensor Materials, Sensor Types, Application & Advantages in Relation to Other Type of Sensors. The Forth Supervisory Board/Network
Management Board Meet. (SENSEIVER Project). Porto, Portugalia, 2325.05.2013 (ref.).
[K42] ZAWADZKA M., KULAWIK J., SZWAGIERCZAK D., ZARASKA K.: Free-Grown Polypyrrole Sensors.
37th Int. Microelectronics a. Packaging IMAPS-CPMT Poland Conf. Kraków, 2225.09.2013 (plakat).
Patenty’2013
[PA1] KRÓLIKOWSKI B., DZWONKOWSKI J., KLIMIEC E., ZARASKA W., CICHOCKI A.: Sposób
wytwarzania folii kompozytu organiczno-ceramicznego o właściwościach piezoelektrycznych oraz
kompozyt o właściwościach piezoelektrycznych. Zgł. pat. nr P403327 z dn. 27.03.2013.
[PA2] KLIMIEC E., ZARASKA W., PIEKARSKI J., CICHOCKI A., JASIEWICZ B., TĘSIOROWSKI M.: Sposób
pomiaru nacisku stopy na podłoże. Zgł. pat. nr P404016 z dn. 22.05.2013.
[PA3] CIEŻ M., KULAWIK J., PRUSZOWSKI Z., KOWALIK P.: Sposób wytwarzania selektywnych
warstw metalicznych Ni-P, Co-P, Ni-Co-P i pasta katalityczna do wytwarzania selektywnych warstw
metalicznych Ni-P, Co-P, Ni-Co-P. Zgł. pat. nr P404234 z dn. 6.06.2013.
[PA4] SKWAREK A., KULAWIK J., WITEK K.: Sposób oceny podatności stopów cyny na zarazę cynową.
Zgł. pat. nr P404330 z dn. 14.06.2013.