1GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4半導(dǎo)體器件能量收集和產(chǎn)生半導(dǎo)體器件第4部分：柔性壓電能量收集器測(cè)試和評(píng)估方法IEC60749-5半導(dǎo)體器件機(jī)械和氣候測(cè)試方法第5部分：穩(wěn)態(tài)溫度濕度偏置壽命測(cè)試（Semiconductordevices–Mechanicalandclimatictestmethods–Part5:Steady-statetemperaturehumiditybiaslifetest）柔性能量收集器flexibleenergy將彎曲、拉伸或扭轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換2GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-41所示。壓電換能器包含兩個(gè)電極和壓電薄膜或納米線。外部應(yīng)力使柔性基底發(fā)生彎曲、拉伸或扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，參見附錄C。柔性基底彎曲的同時(shí)，彎曲的彈簧引起壓電薄層的拉伸和收縮。壓電薄膜的上表面電極和下表面電3GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4壓電換能器piezoelectrictrans壓電效應(yīng)piezoelectricef壓電常數(shù)piezoelectriccond機(jī)電耦合系數(shù)electromechanicalcouplingcoeffkk=d(1)）；4GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4等效電路equivalentci<柔性壓電能量收集器>在彎曲、拉伸或扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)條件下，在共振頻率區(qū)域與壓電柔性能量收集器注：柔性壓電能量收集器可分為電流源和電容部分，圖2所示，等效電路由并聯(lián)的Cp、R和電流源(I(t))組成，其中R——外部負(fù)載。VI5GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4PRopt在能量收集器外殼上測(cè)得的器件在長(zhǎng)期運(yùn)行中不會(huì)永久性損壞但是功能可以不在規(guī)定公差范圍內(nèi)4基本額定值和特性參數(shù)4.1極限值和工作條件6GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4事項(xiàng)、物理信息(外形尺寸、端子、附件、安裝指南等)、包如果測(cè)量結(jié)果滿足要求，則需要進(jìn)行商業(yè)用7輸出電壓輸出功率最佳負(fù)載最大輸出功率溫度范圍柔性濕度范圍輸入彎曲/拉伸/扭轉(zhuǎn)平均失效時(shí)間彎曲度GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4輸出電壓輸出功率最佳負(fù)載最大輸出功率溫度范圍柔性濕度范圍輸入彎曲/拉伸/扭轉(zhuǎn)平均失效時(shí)間彎曲度開始電氣特性機(jī)械特性結(jié)束柔性壓電能量收集器的電氣特性測(cè)試裝置如圖4所示。為了測(cè)量柔性壓電能量將其安裝在線性電機(jī)/激振器上，如圖4所示。當(dāng)周期性輸入信變形方向取決于其幾何結(jié)構(gòu)和施加的加速度a)對(duì)能量收集器施加指定的彎曲、拉伸b)使用電壓或電流表測(cè)量連接能量收集器端子外部負(fù)載兩端的電壓或流8GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4c)通過調(diào)整功率放大器的放大倍數(shù)，測(cè)量不同彎曲、拉伸或扭轉(zhuǎn)加速度下的電壓和電流。d)在指定的應(yīng)變范圍內(nèi)，通過正向和反向連接測(cè)量上下電極或梳狀結(jié)構(gòu)電極之間的電壓和電流。在隨機(jī)激勵(lì)實(shí)驗(yàn)中，基座激勵(lì)應(yīng)當(dāng)在激振器DUT：被測(cè)器件向直線電機(jī)提供指定頻檢測(cè)外部負(fù)載兩端的電壓檢測(cè)通過外部負(fù)載的電流監(jiān)測(cè)直線電機(jī)的加速9GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4在能量收集器端子短路的情況下，測(cè)量收集器感應(yīng)彎曲/拉伸/扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電流。在恒輸入加速度下，能量收集器短路電流隨時(shí)間變化的典型圖形如圖6所示。GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4由于彎曲/拉伸/扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使能量收集器產(chǎn)生的不同應(yīng)變，測(cè)量能量收集器不同應(yīng)變下的電壓。測(cè)GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4在不同激勵(lì)頻率的彎曲/拉伸/扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)下，測(cè)量能量收集器產(chǎn)生的電壓。測(cè)量開路電GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4率變化的關(guān)系圖如圖9所示。5.2.8不同激勵(lì)頻率下的短路電流在不同激勵(lì)頻率的彎曲/拉伸/扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)下，測(cè)量能量收集器的短路電流。測(cè)量短路電GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4在指定外部負(fù)載和彎曲、拉伸或扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)下，測(cè)量能量收集器端子間電壓的均方根（RMS）值。測(cè)量的輸出電壓與連接到能量收集器端子外部負(fù)載電阻的關(guān)系如圖11GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-45.2.10輸出電流5.2.11輸出功率輸出功率是根據(jù)帶有外部負(fù)載的能量收集器的輸出電壓和電流的均方根值（RMS）計(jì)算得出P=IV············································································(2)GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4P——輸出功率，W。5.2.12最佳負(fù)載阻抗最佳負(fù)載阻抗是能量收集器輸出功率最大時(shí)的外5.2.13最大輸出功率GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4圖14柔性壓電能量收集器在不同輸入彎曲、拉5.3機(jī)械特性GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4向直線電機(jī)提供指定頻檢測(cè)外部負(fù)載兩端的電壓檢測(cè)通過外部負(fù)載的電流檢測(cè)直線電機(jī)的加速保持DUT的規(guī)定溫度值該測(cè)試的目的是通過低溫/高溫循環(huán)測(cè)試來評(píng)估器件的可靠性。溫度范圍應(yīng)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景來確定。該測(cè)試的目的是通過低/高濕度測(cè)試來評(píng)估器件的可靠性。濕度范圍應(yīng)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景來確定。測(cè)試伸范圍：0%到300%）進(jìn)行試驗(yàn)。性能特征GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4轉(zhuǎn)角度：0°到360°)進(jìn)行試驗(yàn)。性能特GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4A.1概述壓電電荷常數(shù)“d”是施加到壓電材料每單位機(jī)械應(yīng)力(T)電材料所產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)變(S)。“d”的第一個(gè)下標(biāo)表示當(dāng)電場(chǎng)“E”為零時(shí)材料產(chǎn)生的極化方向，或者是外在d33模式下，在方向3（平行于陶瓷元件的極壓電薄膜d33模式的電極在薄膜的頂部或底部，形狀像梳狀（或叉指狀）電極，如圖A.1a)所示。在d31模式下，在方向1（垂直于陶瓷元件的極化方向元件的極化方向）上誘導(dǎo)極化。d31模式的壓電薄膜電極位于薄膜的頂部GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4材料科學(xué)和機(jī)械工程領(lǐng)域的最新進(jìn)展使高性能壓電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)柔軟、柔性/可拉伸性，從機(jī)械能收集到傳感和驅(qū)動(dòng)，為生物集成應(yīng)用提供獨(dú)特的機(jī)會(huì)。圖B.1顯示了柔性B.2上下電極的壓電薄膜（d31模式）壓電柔性能量收集器由柔性基底、壓電層和上下電a)具有頂部和底部電極的壓電薄膜b)具有梳齒電極的壓電薄膜c)具有頂部和底部電極的壓電納米線d)頂部和底部電極的壓電材料GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4為了測(cè)量柔性壓電能量收集器的電氣特性，將該器件安裝在線性電機(jī)上。當(dāng)以指定加速度（或力）對(duì)器件施加連續(xù)的彎曲、拉伸或扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，測(cè)量外部負(fù)載上的輸出電壓或通過的電流。圖C.1顯示了柔性壓電能量收集器應(yīng)變分類。GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4a)收集器拉伸試驗(yàn)裝置b)不同類型拉伸下的輸出電流圖C.2不同拉伸類型的輸出電流測(cè)量GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4彈性柔量與壓電耦合系數(shù)的關(guān)系如下：sD=sE（1-k2C.1）sD——恒定介電場(chǎng)D下的柔量（開路）；sE——恒定場(chǎng)強(qiáng)E下的柔量（短路k——壓電耦合系數(shù)。或者..............................................壓電材料具有兩種不同的楊氏模量，具體取決于電氣邊界條件（短路或開路）。由于k始終小于考慮承受壓縮力F的開路壓電材料。壓縮能量的一部的額外變形。因此，壓電材料在短路時(shí)比在開路時(shí)壓縮得更多。因此，短時(shí)的楊氏模量(YD)。GB/TXXXXX—XXXX/IEC62830-4IEC62047-5,Semiconductordevices–Micro-electromechanicaldevices–Part5:C62047-7,SemiconductorderandduplexerforradiofrequencycC62830-1,Semicond–Part1:VibrationbasedpiFocusonVibrations,KluwerAcademicPress,2003YongqingDuan,YajiangDing,JingBian,Zhou