Elektronika 2012-04 I.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych ...

Analiza efektywności czasowej metod dekompozycji (Thetime effectiveness analysis of decomposition methods)– Opara A., Kania D., Kubica M. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57Analiza złożoności efektywnych metod predykcyjnychstosowanych do bezstratnej kompresji obrazów (Complexityanalysis of the effective predictive methods forlossless image compression) – Ulacha G. . . . . . . . . . . . . . 60Bezstratna kompresja obrazów wykorzystująca elastycznetechniki mieszania predykcyjnego (Lossless imagecompression utilizing flexible techniques of predictor blending)– Ulacha G. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Próżniowe otrzymywanie cienkich warstw na wielkogabarytowych,szklanych podłożach. Część 1 – magnetronprostokątny WMP100×2500 (Large area deposition of thinfilms. Part 1 – rectangular magnetron sputtering sourceWMP100×2500) – Halarewicz J., Posadowski W.M., DomanowskiP., Wiatrowski A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74Próżniowe otrzymywanie cienkich warstw na wielkogabarytowych,szklanych podłożach. Część 2 – liniaprzemysłowa (Large area deposition of thin films. Part 2– off-line sputtering system) – Halarewicz J., DomanowskiP., Dora J., Wawrzak A., Karwowski K., Pinio P., WiatrowskiA., Posadowski W.M. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77New generation Network – PROFUSION (PROgrammableFUSIon Optical Network) (Sieć nowej generecji– PROFUSION (programowalna sieć optyczna)) – BogusławskiK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Streszczenia artykułów ● Summaries of the articlesDOBRZAŃSKI L., STRUPIŃSKI W., STANKIEWICZ R., BORYSIEWICZM., GÓRA K., KOZŁOWSKI A., STAŃCZYK B.: Kwantowy efekt Hall’aw epitaksjalnym grafenie otrzymanym w ITMEElektronika (LIII), nr 4/2012, s. 7Opracowano technologię i konstrukcję struktur z grafenu wyhodowanegona powierzchni węglika krzemu przy pomocy oryginalnej opatentowanejmetody. Wykonano struktury do pomiaru kwantowego efektu Hall’a i przeprowadzonopomiary. Zaobserwowano anomalny kwantowy efekt Hall’acharakterystyczny dla grafenu składającego się z jednej warstwy węgla,w którym występuje transport nośników ładunku o zerowej masie.Słowa kluczowe: grafen, kwantowy efekt Hall’aDOBRZAŃSKI L., STRUPIŃSKI W., STANKIEWICZ R., BORYSIEWICZM., GÓRA K., KOZŁOWSKI A., STAŃCZYK B.: Quantum Hall effect inepitaxial graphene grown in ITMEElektronika (LIII), no 4/2012, p. 7We developed technology and construction of devices made of epitaxialgraphene grown on silicon carbide using proprietary patented method. Hallbars were processed and characterized. We observed the QHE characteristicfor graphene build of single carbon layer in which charge carriers aremass less fermions.Keywords: graphene, quantum Hall effectWOLTER K.-J., MEIER K., SAETTLER P., PANCHENKO I., FROEMMIGM.: Technologie bondingu dla opakowań trójwymiarowychElektronika (LIII), nr 4/2012, s. 9Technologia Integracji Systemów Elektroniki przez metodę System w Pakieciepoprawia wydajność, zmniejsza wielkość, moc i koszt systemówelektronicznych. Trójwymiarowe Systemy w Pakiecie to nowy sposób nazintegrowanie funkcjonalnych bloków w struktury pionowe. Implementacjata prowadzi do krótszego sygnału i mocy połączeń, a to prowadzido zmniejszenia opóźnienia propagacji i zużycia energii. W tym artykuleprzedstawione zostanie wprowadzenie do tematu integracji technologii3D i bondingu dla technologii 3D typu Package-on-Package (PoP) orazDie-to-Wafer. Omówione zostaną wyniki dotyczące „Wysoce NiezawodnychMikrosystemów 3D” w zakresie wiarygodnego lutowania połączeń,technologii przelotek wewnętrz krzemu (TSV), samowyrównywania stosu,bondingu die-to-die poprzez interdyfuzje Cu/Sn (SLID) oraz zastosowaniesrebrnych nanorurek dla anizotropowo przewodzących klejów.Słowa kluczowe: integracja 3D, przelotki wewnętrz krzemu, samowyrównywanie,bondowanie Cu/Sn, nanorurkiWOLTER K.-J., MEIER K., SAETTLER P., PANCHENKO I., FROEMMIGM.: Bonding technologies for 3D-packagingElektronika (LIII), no 4/2012, p. 9Electronics System Integration by System in Package improves the performance,reduces the size, power and cost of electronic systems. Threedimensional Systems in Package are a new way for integrating functionalblocks in vertical structures. This implementation leads to shorter signal andpower interconnects and this results in lower propagation delay and powerconsumption. The paper will introduce the 3D-integration technologies andpresent bonding technologies for Package-on-Package (PoP) and Die-to-Wafer 3D-technologies. Results of our research group on “Highly Reliable3D‐Microsystems” in the field of reliable solder interconnections, throughsilicon-via(TSV) technologies, self-alignment approaches for die stacking,die-to-die bonding by Cu/Sn solid-liquid-interdiffusion (SLID) technologyand the application of Ag‐nanowire arrays for anisotropic conductive adhesiveswill be demonstrated.Keywords: 3D-integration; TSV; self-alignment; Cu/Sn bonding; nanowireDZIURDZIA B., MAGOŃSKI Z., JANKOWSKI H., KOPROWSKI J.: Planarnestałotlenkowe ogniwo paliwowe (SOFC) wsparte na anodzie– nowe rozwiązanieElektronika (LIII), nr 4/2012, s. 15Artykuł przedstawia nowatorski projekt wysokotemperaturowego tlenkowegoogniwa paliwowego SOFC, w którym bazowa struktura anody wyposażonaw zagrzebane w niej kanały paliwowe i systemy rozprowadzająceprzykryta jest z dwóch stron anodami operacyjnymi, na które nakładanesą kolejne elementy ogniwa. Bazowa struktura anody i anody operacyjnewykonane są folii ceramicznych Ni/YSZ, natomiast elektrolit i katoda nakładanesą techniką sitodruku za pomocą odpowiednio pasty YSZ orazpasty LSCF. Proponowana konstrukcja anody ogniwa SOFC jest wygodnado testowania nowych kompozycji ceramicznych przeznaczonych naelektrolity i katody ogniw paliwowych, ponieważ po nadruku tylko dwóchwarstw na gotową strukturę anody otrzymuje się kompletne, podwójne ogniwopaliwowe gotowe do testów.Słowa kluczowe: planarne ogniwo SOFC, folie ceramiczne Ni/YSZ, anodacermetowa, stały elektrolitDZIURDZIA B., MAGOŃSKI Z., JANKOWSKI H., KOPROWSKI J.: AnodeSupported Planar Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) – novel designElektronika (LIII), no 4/2012, p. 15The article presents the novel design of a ceramic high temperature solidoxide fuel cell (SOFC) in which the anode base structure provided withembedded fuel distribution channels and manifolds serves simultaneouslyas the anode current collector and the support of a cell. The anode basestructure is inherently joined with two operating anode layers positioned onits both sides. The anode base structure and operating anodes are madeof commercially available Ni/YSZ green tapes and further components ofthe cell (electrolyte and cathode layers) are performed by standard thickfilm processes. The proposed anode design is convenient for testing newceramic compositions for the electrolytes and cathodes because onlya few additional screen printed layers are needed to complete a couple ofindependent fuel cells ready for tests.Keywords: planar SOFC, Ni/YSZ green tapes, cermet anode, solid electrolyteElektronika 4/2012

Streszczenia artykułów ● Summaries of the articlesMARKOWSKI P.: Miniaturowe ramiona dla trówymiarowych grubowarstwowychmikrogeneratorów termoelektrycznychElektronika (LIII), nr 4/2012, s. 18Mikrogeneratory termoelektryczne mogą być stosowane do zasilaniaukładów mikroelektronicznych lub mikrosystemów. W artykule przedstawionoproces wytwarzania takiego generatora. Zastosowano technologięgrubowarstwową w połączeniu z techniką LTCC. Do wytworzenia miniaturowych,gęsto upakowanych termopar wykorzystano sitodruk precyzyjny,jak również technikę past fotodefiniowalnych. Termopary wykonano naniewypalonych podłożach LTCC (green tape) łącząc je szeregowo podwzględem elektrycznym – tworząc termostos. Następne kilkanaście takichpodłoży złożono razem tworząc stos (struktura „kanapkowa”) i wykonanoelektryczne połączenia między termoparami. W ten sposób powstał wielowarstwowystos termoelektryczny. Rezultatem prac była budowa małegogeneratora składającego się z kilkuset termopar.Słowa kluczowe: termoelektryczność, termopary, warstwy grube, LTCC,fotodefiniowalne, fotoczułeBORECKI J.: Badanie ołowiowego procesu montażu bezołowiowychstruktur w obudowie BGA i CSPElektronika (LIII), nr 4/2012, s. 21Nowoprojektowane urządzenia elektroniczne zawierają coraz bardziej zintegrowaneelementy elektroniczne, których funkcjonalność głównie zależy odniezawodności połączeń lutowanych formowanych w procesie montażu elektronicznego.Większą niezawodnością w tej kwestii charakteryzują się połączenialutowane wykonane w technologii ołowiowej. Jednakże zważywszy nafakt, że bardzo często elementy elektroniczne dostępne są jedynie w wersjibezołowiowej, konieczne jest wykonywanie montażu elektronicznego z zastosowaniemtechniki mieszanej. W artykule zaprezentowano zasadnicze powodystosowania mieszanej techniki montażu elektronicznego, ze szczególnymuwzględnieniem montażu struktur w obudowach BGA (ang. Ball Grid Array)i CSP (ang. Chip Scale Package). Przeprowadzone prace badawcze pokazały,że możliwe jest zmontowanie niezawodnych pakietów elektronicznychz zastosowaniem techniki mieszanego montażu. Oceny jakości połączeńlutowanych dokonywano między innymi w oparciu o analizę rentgenowską,pomiary rezystancji elektrycznej, mikroskopowe obserwacje zgładów metalograficznych,oraz długoterminowe próby niezawodnościowe.Słowa kluczowe: BGA, CSP, połączenie lutowane, ocena jakości, analizarentgenowska, niezawodność długoterminowaKULAWIK J., SZWAGIERCZAK D.: Wytwarzanie i właściwości wielowarstwowychkondensatorów z wieloskładnikowym ferroelektrycznymdielektrykiemElektronika (LIII), nr 4/2012, s. 25Zastosowano technologię odlewania folii i technologię LTCC do wytwarzaniawielowarstwowych kondensatorów z dielektrycznymi warstwamio składzie 0.26Pb(Mg 1/3Nb 2/3)O 3-0.26Pb(Zn 1/3Nb 2/3)O 3-0.26Pb(Fe 2/3W 1/3)O 3-0.14Pb(Fe 1/2Nb 1/2)O 3-0.08BaTiO 3. Część organiczna gęstwy do odlewania folii zawierapoliwinylobutyraljako spoiwo, ftalan dwubutylu i glikol polietylenowy jakozmiękczacze, olej rybi jako dyspersant oraz toluen i alkohol izopropylowyjako rozpuszczalniki. Testowe wielowarstwowe kondensatory złożonez 30 surowych warstw o grubości 50 µm wypalono w temperaturze 850°C.Przeprowadzono badania kondensatorów metodą spektroskopii impedancyjnejw zakresie temperatur -55…440°C i w zakresie częstotliwości10 Hz – 2 MHz. Przy użyciu mikroskopu skaningowego badano mikrostrukturęwarstw dielektrycznych i ich kompatybilność z elektrodami Ag.Wielowarstwowe ceramiczne kondensatory wykazują wysoką pojemnośćsięgającą 1 µF i relatywnie niski temperaturowy współczynnik pojemności.Na temperaturowej zależności przenikalności elektrycznej występują dwawysokie i szerokie maksima – pierwsze związane z ferroelektryczną przemianąw temperaturze 40°C i drugie, które można przypisać dielektrycznejrelaksacji, występujące w zakresie temperatur 190…440°C.Słowa kluczowe: odlewanie folii, technologia LTCC, wielowarstwowykondensator, relaksorMARKOWSKI P.: Miniaturized arms for three-dimensional thick-filmthermoelectric microgeneratorElektronika (LIII), no 4/2012, p. 18Thermoelectric microgenerator can be used for supplying microsystems ormicroelectronic circuits. In the paper fabrication process of such generatoris presented. Thick film technology combined with LTCC technique wasapplied. Precise screen-printing as well as photoimageable inks techniquewas used to fabricate narrow, densely disposed thermocouples onto theunfired LTCC substrates. The thermocouples were connected electricallyin series to form the thermopile. After that a number of substrates were puttogether to form a stack (the “sandwich”), and the thermopiles printed onparticular LTCC tapes were connected together to form a multilayer thermoelectricstack. As a result small generators consisted of few hundredsof thermocouples were fabricated.Keywords: thermoelectricity, thermocouples, thick film, LTCC, photoimageable,photosensitiveBORECKI J.: Investigation of leaded assembly process of lead-freeBGA and CSP structuresElektronika (LIII), no 4/2012, p. 21The new-projected electronic devices consist more and more integratedelectronic components, which functionality mainly depends on operationalreliability of solder joints created in electronic assembly process. Thehigher reliability in this aspect have joints created in Pb-technology. However,to take into consideration of that, very often the electronic componentsare made only in Pb-free version, and it is necessary to make of electronicassembly by use of “mixed” technology. In the article there are presentedthe crucial issues of making of mixed electronic assembly process, withthe special taking into account the assembly of BGA (Ball Grid Array) andCSP (Chip Scale Package) structures. The realized investigations showsthat it is possible to assembly the unfailing electronic packets with applicationof mixed technology. In the article there are also presented the resultsof different methods of quality solder joints verification: X-ray analysis,measurements of electrical resistance, microscopic observations of crosssections,and researches of long-term reliability.Keywords: BGA, CSP, solder joint, quality verification, X-ray analysis,long-term reliabilityKULAWIK J., SZWAGIERCZAK D.: Fabrication and properties of multilayercapacitors with multicomponent ferroelectric dielectricElektronika (LIII), no 4/2012, p. 25Tape casting and LTCC technology were used for fabrication of multilayercapacitors with 0.26Pb(Mg 1/3Nb 2/3)O 3-0.26Pb(Zn 1/3Nb 2/3)O 3-0.26Pb(Fe 2/3W 1/3)O 3-0.14Pb(Fe 1/2Nb 1/2)O 3-0.08BaTiO 3dielectric layers. The organicpart of a slip comprises polyvinyl butyral as a binder, fish oil as a dispersant,polyethylene glycol and dibutyl phthalate as plasticizers, tolueneand isopropyl alcohol as solvents. Test multilayer capacitors containing30 green tapes 50 µm thick were fired at 850°C. Impedance spectroscopicstudies of capacitors were carried out in the temperature range from-55 to 440°C at frequencies 10 Hz – 2 MHz. Microstructure of the dielectriclayers and their compatibility with Ag electrodes were studied usinga scanning electron microscope. The multilayer ceramic capacitors exhibithigh capacitance reaching 1 µF and relatively low temperature coefficientof capacitance. There are two high and broad maxima in the temperaturedependence of dielectric permittivity – the first one related to the ferroelectrictransition at 40°C and the second one attributed to dielectric relaxationwhich occurs in the temperature range 190–440°C.Keywords: tape casting, LTCC technology, multilayer capacitor, relaxorPROCIÓW E., MAZUR M., DOMARADZKI J., WOJCIESZAK D., KACZMA-REK D., SIERADZKA K., FRANCZYK Ł.: Termoelektryczne, konduktometrycznei optyczne badania gazoczułej cienkiej warstwy TiO 2:(V, Ta)Elektronika (LIII), nr 4/2012, s. 28W artykule przedstawiono wyniki badania wytworzonych cienkich warstwTiO 2:(V, Ta). Wykonano pomiary konduktometryczne oraz termoelektrycznebadanych cienkich warstw i omówiono różnice między nimi. Wyznaczonoczasy odpowiedzi oraz odtrucia gazoczułych cienkich warstw TiO 2:(V, Ta)dla pobudzenia parami alkoholu izopropylowego. Badano również zmianęwłaściwości optycznych cienkich warstw w obecności izopropanolu.Słowa kluczowe: rozpylanie magnetronowe, cienka warstwa, dwutlenektytanu, czujnik gazuElektronika 4/2012PROCIÓW E., MAZUR M., DOMARADZKI J., WOJCIESZAK D., KACZ-MAREK D., SIERADZKA K., FRANCZYK Ł.: Thermoelectrical, conductometricaland optical studies of gas sensing TiO 2:(V, Ta) thin filmsElektronika (LIII), no 4/2012, p. 28For the purpose of this work TiO 2:(V, Ta) thin films have been manufacturedand characterized. Two types of performed measurements, thatare conductometrical and thermoelectrical and differences between themhave been especially discussed. Measurements of response and recoverytimes of TiO 2:(V, Ta) thin film gas sensor in the presence of isopropyl alcoholhave been carried out. Optical properties, i.e. transparency and itschanges in the presence of isopropanol have been also studied.Keywords: magnetron sputtering, thin film, titanium dioxide, gas sensor

Streszczenia artykułów ● Summaries of the articlesPOCHMARA J., ŚWIETLICKA A., MAJCHRZYCKI M., KOLANOWSKIK., SZULTA A., SZABLATA P., PAŁASIEWICZ J.: System kreowaniaidealnego ruchu drogowegoElektronika (LIII), nr 4/2012, s. 51Publikacja porusza temat monitoringu map logistycznych z użyciem systemukomunikacji w systemie GSM/GPS. W celach optymalizacji drógnamierzania, w pracy wykorzystana została mapa wpływów. Informacjezebrane z nadajników GPS zostają przetworzone i zwizualizowane z pomocątechnologii Google Maps oraz rozbudowanych schematów. Przechowywaneinformacje mogą zostać użyte do projektowania nowych ulici autostrad, zapobiegania formowania się korków drogowych, wzrostubezpieczeństwa w wyznaczonych lokacjach, planowaniu najszybszychdróg przejazdu dla branży logistycznej, wyboru optymalnych miejsc kontrolipolicyjnych oraz wielu innych zastosowań. Zaprezentowane rozwiązaniewykorzystuje technologie stosowane w sektorze operowania ruchemdrogowych oraz w wielu nowoczesnych aplikacjach komputerowych.Słowa kluczowe: nawigacja, Google Maps, GSM, GPS, NMEA, SMS,szerokość geograficzna, fługość geograficzna, aplikacja komputerowa,urządzenie śledzące, kontrola ruchu drogowego, rozłożenie miejsc parkingowychPOCHMARA J., ŚWIETLICKA A., MAJCHRZYCKI M., KOLANOWSKIK., SZULTA A., SZABLATA P., PAŁASIEWICZ J.: Ideal traffic systemcreatorElektronika (LIII), no 4/2012, p. 51In our publication we focus on monitoring logistics maps with the GSM/GPScommunication system. An influence map was used for optimization of thetrace route. Information collected from GPS transmitters is processed andpresented with additional help from Google Maps technology and detailedgraphs. Stored data might be used to design new streets and highways,preventing from formations of traffic jams, increasing safety within specifiedlocations, planning fastest roads for logistic business, choosing policecontrol places and many more. Presented solution covers technology bornin traffic control industry and many modern computer applications.Keywords: navigation, Google Maps, GSM, GPS, NMEA, SMS, latitude,longitude, computer application, tracking device, traffic control, parkingspacesPĘCZALSKI K., PAŁKO T., WOJCIECHOWSKI D., JERNAJCZYK W.,DUNAJSKI Z.: Elektryczna aktywność mózgu w omdleniu prowokowanympróbą wysiłkowąElektronika (LIII), nr 4/2012, s. 53Celem badania były określenie lokalizacji występowania patologicznejaktywności elektrycznej mózgu oraz optymalizacja elektrod stosowanychpodczas omdlenia prowokowanego przez test pochyleniowy. Badaniemobjęto 43 pacjentów z omdleniami w wywiadzie oraz 30 ochotników w bardzodobrej kondycji fizycznej. Otrzymano następujące wyniki: 1. patologiaelektrycznej aktywności mózgu była obserwowana częściej w lewymobszarze tylno skroniowym niż w prawym, 2. odprowadzenia z lewegoi prawego obszaru tylno skroniowego mają zasadnicze znaczenie w analizieelektrycznej aktywności mózgu podczas testu pochylniowego, 3.proponowanew poprzednich publikacjach zespołu odprowadzenia potwierdziłyswoją kliniczną użyteczność w detekcji i lokalizacji patologicznejelektrycznej aktywność mózgu podczas omdlenia prowokowanego przeztest pochyleniowy, 4. system dziesięcioodprowadzeniowy wydaje się być„złotym standardem” w detekcji i lokalizacji patologicznych fal elektrycznejaktywności mózgu.Słowa kluczowe: EEG, omdlenia odruchowe, próba pochyleniowaPĘCZALSKI K., PAŁKO T., WOJCIECHOWSKI D., JERNAJCZYK W.,DUNAJSKI Z.: The electrical activity of brain in upright posture provokedsyncopeElektronika (LIII), no 4/2012, p. 53The localization of pathology of electrical activity of brain (EEG) and theoptimization of EEG leads system during syncope induced by head up tilttest (HUT) were the goals of study. The 43 patients with history of syncopeand 30 healthy volunteers in very good physical condition underwent anEEG examination during passive HUT. The analysis of results for bothgroups has showed: 1. the EEG abnormalities in the left occipital areawere observed significantly more frequently than in the right occipital area,2. leads located in the left and right occipital areas seem to be the mostimportant for EEG analysis during HUT, 3. the proposed in previous studiesleads systems confirmed high clinical effectiveness in detection andlocalization of EEG pathology during syncope induced by HUT, 4. the 10leads system seems to be the “gold standard” for detection and localizationof EEG abnormalities.Keywords: EEG, syncope, head up tilt testOPARA A., KANIA D., KUBICA M.: Analiza efektywności czasowej metoddekompozycjiElektronika (LIII), nr 4/2012, s. 57W artykule przedstawiono porównanie dwóch akademickich systemówwspomagających proces syntezy układów cyfrowych realizowanychw strukturach FPGA. Kluczowym elementem syntezy ukierunkowanej nastruktury FPGA jest odpowiednia strategia dekompozycji projektowanegoukładu. System Decomp opracowany w początkach rozwoju strukturFPGA i następnie przez wiele lat doskonalony, wykorzystuje różnorodnetablicowe formy opisu wyrażeń logicznych. W systemie dekBDD wiodącąrolę odgrywają binarne diagramy decyzyjne. Tworząc system dekBDDwykorzystano wieloletnie doświadczenia zdobyte w trakcie optymalizacjistrategii dekompozycji funkcji, zdobyte w pracach związanych z systememDecomp. Dekompozycja oparta o BDD jest znacznie szybsza, a co ciekawsze,wyniki eksperymentów wyraźnie wskazują, że nie musi być mniejefektywna.Słowa kluczowe: dekompozycja, BDD, czas dekompozycji, podziałOPARA A., KANIA D., KUBICA M.: The time effectiveness analysis ofdecomposition methodsElektronika (LIII), no 4/2012, p. 57The paper focuses on the comparison of two academic tools that are usedfor functional decomposition as far as time effectiveness is concerned.At the very beginning of the article, theoretical basis of decomposition isexplained. Both academic tools, dekBDD as well as Decomp, rely on theprinciples decsribed in the first part of the article. There is a crucial differencebetween the systems Decomp and dekBDD which lies in the wayof representation of Boolean functions. In the case of the Decomp tool,functional representation is presented in the form of a varied table. ThedekBDD tool, on the other hand, uses functional representation in the formof BDD. The authors state that in spite of the same decomposition strategy(while creating the dekBDD system, long-term experience, gained duringoptimalizing decomposition carried out in the Decomp system, was used),functional representation has a significant influence on time in the processof synthesis.Keywords: decomposition, BDD, decomposition time, divisionULACHA G.: Analiza złożoności efektywnych metod predykcyjnychstosowanych do bezstratnej kompresji obrazówElektronika (LIII), nr 4/2012, s. 60W artykule przedstawiono analizę adaptacyjnych metod modelowaniapredykcyjnego stosowanych do bezstratnej kompresji obrazów. Skupionosię głównie na najefektywniejszych metodach OLS, WLS, AVE-WLS, któredla każdego kodowanego piksela wymagają wyznaczenia macierzy i rozwiązaniarównania macierzowego. Metody te przeanalizowano pod kątemefektywności i złożoności obliczeniowej, porównując je także do metodo znacznie mniejszej złożoności, takich jak RLS. Omówiono też zaletękaskadowego łączenia modelowania predykcyjnego z blokiem NLMS.Słowa kluczowe: bezstratna kompresja obrazów, predykcja liniowa, entropiaźródła, LMS, WLSULACHA G.: Complexity analysis of the effective predictive methodsfor lossless image compressionElektronika (LIII), no 4/2012, p. 60In the paper, it is presented an analysis of adaptive predictive modellingmethods applied to lossless image compression. We focus on the mosteffective methods: OLS, WLS, AVE-WLS, which for each encoded pixel requireconstructing a matrix and solving a matrix equation. These methodsare analysed with respect to their effectiveness and computational complexity;they are also compared with the methods of considerably lowercomplexity, such as RLS. The benefits of cascade merging of predictivemodelling with the NLMS block are also discussed.Keywords: lossless image compression, linear prediction, source entropy,LMS, WLSElektronika 4/2012

Streszczenia artykułów ● Summaries of the articlesULACHA G.: Bezstratna kompresja obrazów wykorzystująca elastycznetechniki mieszania predykcyjnegoElektronika (LIII), nr 4/2012, s. 67W artykule zaprezentowano zasady projektowania metod modelowaniapredykcyjnego stosowanych do bezstratnej kompresji obrazów, w którychbazuje się na idei mieszania predykcyjnego. Omówiono dobór stałychi adaptacyjnych metod predykcyjnych jako części składowych metodymieszania predykcyjnego, które w połączeniu z adaptacyjnym koderemarytmetycznym pozwalają uzyskać wyższą efektywność w porównaniu doinnych znanych z literatury metod kompresji.Słowa kluczowe: bezstratna kompresja obrazów, predykcja liniowa, entropiaźródła, mieszanie predykcyjneULACHA G.: Lossless image compression utilizing flexible techniquesof predictor blendingElektronika (LIII), no 4/2012, p. 67In the paper, there are presented some rules of predictive modellingmethods design applied to lossless image compression, which are basedon the blending prediction concept. We discuss the issue of choosing theappropriate constant parameters and adaptive predictive methods as componentsof the blending prediction methods, which together with adaptivearithmetic encoder allows us to obtain higher effectiveness in comparisonwith other compression techniques, known from the literature.Keywords: lossless image compression, linear prediction, source entropy,blending predictorsHALAREWICZ J., POSADOWSKI W.M., DOMANOWSKI P., WIATROW-SKI A.: Próżniowe otrzymywanie cienkich warstw na wielkogabarytowych,szklanych podłożach. Część 1 – magnetron prostokątnyWMP100×2500Elektronika (LIII), nr 4/2012, s. 74Przedstawiono wyniki badań układu magnetronowego WMP100×2500 przeznaczonegodo otrzymywania powłok cienkowarstwowych na wielkogabarytowychpodłożach. W ramach prac badawczych opracowano koncepcję,wykonano dokumentację konstruk2cyjną i wykonano magnetronowy układrozpylający. Prototyp WMP100×500 jest oryginalnym krajowym rozwiązaniemkonstrukcyjnym, które będzie wykorzystane na linii produkcyjnej, donanoszenia warstw na szklane podłoża, w firmie BOHAMET Bydgoszcz.Słowa kluczowe: próżnia, magnetron prostokątny, osadzanie cienkichwarstwHALAREWICZ J., POSADOWSKI W.M., DOMANOWSKI P., WIATROW-SKI A.: Large area deposition of thin films. Part 1 – rectangular magnetronsputtering source WMP100×2500Elektronika (LIII), no 4/2012, p. 74The paper presents results of investigations of WMP100×2500 magnetrondesigned to receive large-size thin-film coatings on substrates. Theresearch work covers development of the concept, preparation of the designdocumentation and realization of ​magnetron sputtering system. TheWMP100×2500 prototype is an original domestic design solution that willbe used on the production line for applying layers of glass panes in thecompany BOHAMET Bydgoszcz.Keywords: vacuum, rectangular magnetron, thin film depositionHALAREWICZ j., DOMANOWSKI P., DORA J., WAWRZAK A., KAR-WOWSKI K., PINIO P., WIATROWSKI A., POSADOWSKI W.M.: Próżnioweotrzymywanie cienkich warstw na wielkogabarytowych, szklanychpodłożach. Część 2 – linia przemysłowaElektronika (LIII), nr 4/2012, s. 77Celem badań było opracowanie prototypowej linii do przemysłowegoosadzania cienkich warstw na wielkogabarytowe podłoża. Prototypoweurządzenie wykonano w wersji wsadowej (nanoszenie cienkich warstww oddzielnych cyklach próżniowych). Opracowano konstrukcję linii wyposażonejw oryginalne układy sterowania cyklem pompowania oraz procesemrozpylania magnetronowego (magnetron planarny prostokątny).Słowa kluczowe: próżnia, rozpylanie magnetronowe, linia przemysłowaHALAREWICZ j., DOMANOWSKI P., DORA J., WAWRZAK A., KAR-WOWSKI K., PINIO P., WIATROWSKI A., POSADOWSKI W.M.: Largearea deposition of thin films. Part 2 – off-line sputtering systemElektronika (LIII), no 4/2012, p. 77The aim of this study was to develop a prototype line for the industrialdeposition of thin films on large-size substrate. A prototype off-line versionof the device was performed (deposition of thin films in a separate vacuumcycles). Developed design a line equipped with the original controls thepumping cycle and the process of magnetron sputtering (planar, rectangularmagnetron).Keywords: vacuum, magnetron sputtering, off-line sputtering systemBOGUSŁAWSKI K.: Sieć nowej generecji – PROFUSION (programowalnasieć optyczna)Elektronika (LIII), nr 4/2012, s. 82Wysokowydajny transport, oparty o powszechnie wdrażaną transmisjeprzez włókna optyczne, posiada potencjał do wspierania rozwoju nowegorodzaju operatora sieci i rynku dostawcy usług w celu promowania nowejgeneracji aplikacji wymagającej dużej przepustowości, takich jak dużychtransferów danych, wideokonferencji, telewizji wysokiej rozdzielczości nażądanie (HDTV), przetwarzania chmurowego. Aby skutecznie wspierać teprzyszłe ogromne potrzeby sieci przyszłości powinny być tak zaprojektowane,aby zaoferować dynamiczny dostęp do urządzeń transportowycho zwiększonej elastyczności, przenosząc niektóre funkcje sterowania i zarządzaniabliżej użytkownika.Programowalność sieci jest właściwością sieciowa, która pozwala klientomi usługodawcom dynamicznie konfigurować i zarządzać usługami sieciowymipoprzez standardowe interfejsy programistyczne, umożliwiającelastyczny dostęp i wykorzystanie ruterów i przełączników.Słowa kluczowe: sieci nowej generacji, sieci optyczne, sieci konwergentnei optyczne, sieci metropolitalne, protokół konfiguracyjny sieci, systemzarządzania siecią, sieci doskonałości, przełączanie optyczne, jakośćobsługiBOGUSŁAWSKI K.: New generation Network – PROFUSION (PROgrammableFUSIon Optical Network)Elektronika (LIII), no 4/2012, p. 82High capacity transport, based on widespread deployment of optical fibretransmission, holds the potential to foster new network operator and serviceprovider markets to promote next generation bandwidth-demandingapplications, such as large data transfers, immersive videoconferencing,on-demand HDTV, cloud computing. To efficiently support these massiveemerging needs, networks of the future should be designed to offer dynamicaccess to transport facilities with enhanced flexibility, moving somecontrol and management functions closer to the user.Network programmability is a network property that allows customers andservice providers to dynamically configure and manage network servicesby standardized programming interfaces, thus allowing flexible access anduse of routing and switching resources.Keywords: next generation network, optical network, converged and opticalnetworks, metropolitan area network, network configuration protocol,network management systems, network of excellence, optical switching,quality-of-serviceElektronika 4/2012

Kwantowy efekt Hall’a w epitaksjalnym grafenieotrzymanym w ITMEprof. dr hab. Lech Dobrzański 1) , dr Włodzimierz Strupiński 1) , mgr Rafał Stankiewicz 1) ,dr Marta Borysiewicz 2) , mgr Krzysztof Góra 1) , mgr Andrzej Kozłowski 1) ,mgr Beata Stańczyk 1)1)Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa, 2) Instytut Fizyki Doświadczalnej UW, WarszawaTechnologia i konstrukcja struktury badawczejWarstwy grafenu otrzymano w ITME oryginalną opatentowanąmetodą wzrostu epitaksjalnego [1] na podłożu z węglika krzemufirmy Cree. Wzrost warstw był prowadzony na wypolerowanejstronie krzemowej płytki 4H-SiC o orientacji krystalograficznej(0001).Struktura do pomiaru efektu Hall’a została wykonana metodąfotolitografii i trawienia warstwy grafenu w plazmie tlenowej. Metalizacjakontaktów składała się z dwóch warstw Ti/Au o grubościachodpowiednio 5/200 nm. Wzór metalizacji powstał w wynikufotolitografii odwrotnej (lift off ). Konstrukcję struktury przedstawionona rys. 1.Rys. 1. Struktura badawcza do pomiaru efektu Hall’aFig. 1. Hall bar test structurePrzepływ prądu wymuszano pomiędzy kontaktami 1-5. Szerokośćrezystora wynosi 20 µm, a jego długość 240 µm.W przedstawionej strukturze jest możliwy pomiar napięciaHall’a pomiędzy kontaktami 3-7, 2-8, 4-6. Magnetorezystancjęmożna określić przez pomiar napięć pomiędzy kontaktami 2-4,6-8, 8-7, 7-6, 2-3, 3-4.Wektor indukcji magnetycznej jest prostopadły do płaszczyznyrysunku.PomiaryPomiary efektu Hall’a w temperaturze ciekłego helu wykonanow IFD UW. Zastosowano pole magnetyczne o natężeniu do 7T.WynikiW temperaturze 4,2K dla małych wartości pola magnetycznegookreślono koncentrację elektronów w strukturze na poziomie2…2,2 × 10 11 cm -3 oraz ich ruchliwość na poziomie2700…3000 cm 2 /(V s).Na rysunku 2 przedstawiono zmierzoną zależność rezystancjiHall’a oraz rezystancji ρ XXod wartości indukcji magnetycznej.Zależność ta nie jest liniowa tak jak w przypadku klasycznegoefektu Hall’a. Dla wartości pola większej niż 4T i mniejszej niż-4T rezystancja Hall’a ma stałą wartość równą ½ stałej vonKlitzing’a R K= h/e 2 = 25812,807572 Ω z błędem mniejszym niżniż 10 -4 . Ponadto odchylenie standardowe wyników pomiaróww omawianym zakresie pola magnetycznego jest również mniejszeniż 10 -4 .Elektronika 4/2012Wartość rezystancji ρ XXw tym zakresie pól spada, jednak niedo zera, a do wartości ok. 0,1R K. Zmiana nachylenia wykresu ρ XYna rys. 2 dla wartości pola ok. ±2T ma miejsce dla wartości rezystancjirównej 1/6 R K.Na rysunku 3 przedstawiono wynik pomiaru innej struktury wykonanejna tej samej płytce SiC. Przy wartości rezystancji 1/6 R Kwystępuje wyraźna półka.ρ XX , ρ XY / ( h / e 2 )0.60.40.20.0-0.2-0.4-0.6T=4.2K-0.500270.49996ρ XYρ XX-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8B ( T )Rys. 2. Pomiar rezystancji Hall’a i rezystancji ρ XX. Podano średniewartości rezystancji Hall’a dla indukcji magnetycznej │B│> 4TFig. 2. Measured Hall and ρ XXresistances. The average values of Hallresistance for magnetic field values │B│> 4T are reportedρ XX, ρ XY/ (h/e 2 )0.7 ρ XX0.6ρ XY0.50.40.30.20.10.01 / 21 / 60 1 2 3 4 5 6 7 8B ( T )T=4.2KRys. 3. Pomiar rezystancji ρ XYi ρ XX. Zaznaczono charakterystycznewartości rezystancji Hall’a 1/2R Koraz 1/6R KFig. 3. Measured ρ XYand ρ XXresistances. The characteristic values1/2R Kand 1/6R Kof Hall resistance are indicatedOmówienie wynikówW tabeli przedstawiono zależności określające położenie poziomówLandau’a i rezystancji Hall’a dla trzech przypadków strukturz dwuwymiarowym gazem elektronowym. Von Klitzing otrzymałnagrodę Nobla (1985) za odkrycie kwantowego efektu Hall’aw hetrostrukturach epitaksjalnych z dwuwymiarowym gazemelektronowym [4]. Kwantowy efekt pojawił się w związku z dege-

Parametry kwantowego efektu Hall’a dla różnych struktur z dwuwymiarowymgazem elektronowymParameters of QHE for diverse structures with two dimensional electrongasKwantowy efekt Hall’aw strukturachpółprzewodnikowychz dwuwymiarowymgazem elektronowymPołożenie poziomówenergetycznych Landau’a⎜⎛ 1E = ± hωN + ⎟⎞Nc⎝ 2 ⎠ωeBc=mN = 0, 1, 2, …RezystancjaHall’aρ = ±XYh2NeN = 1, 2, …Kwantowy efekt Hall’aw jednowarstwowymgrafeniehE = ± ν 2ehBNNFρ = ±4e2XY1N +N = 0, 1, 2, … 2N = 0, 1, 2, …Kwantowy efekt Hall’aw dwuwarstwowymgrafenieE = ± c N (N + 1)NhωωeBc=mN = 0, 1, 2, …Oznaczenia: ħ, h – stałe Planck’a, m – masa nośnika ładunku,ω c– częstość cyklotronowa, e – ładunek elementarny,B – indukcja magnetyczna, ν F– prędkość Fermiegohρ = ±4e2XYN + 1N = 0, 1, 2, …neracją poziomów Landau’a w silnym polu magnetycznym taką,że wszystkie elektrony w próbce mogły obsadzić jeden poziom.Ponadto okazało się, że wartość rezystancji Hall’a zależy od stosunkudwóch podstawowych stałych fizycznych (stałej Planck’ai wielkości ładunku elementarnego), co ma duże znaczenie w metrologii.Wartość rezystancja Hall’a nie zależy od technologicznychi konstrukcyjnych niedoskonałości próbki testowej.Dwa pozostałe przypadki struktur z kwantowym efektem Hall’azostały teoretycznie przeanalizowane, a następnie hipotezy doświadczalniezweryfikowane przez Nowosielowa i Geim’a [3], którzyotrzymali za wyniki tych badań nagrodę Nobla w 2010. Analizyi eksperyment w przypadku efektu Hall’a dla fermionów o masiezero, które występują w jednowarstwowym grafenie, jak i w innymosobliwym przypadku grafenu dwuwarstwowego (masa elektronunie jest tu zerowa) były przeprowadzone dla materiału otrzymanegokuriozalną metodą odrywania warstw węglowych od blokugrafitowego przy pomocy klejącej folii.Te rewelacyjne wyniki przez kilka lat nie były powtórzonedla przypadku grafenu wyhodowanego na powierzchni węglikakrzemu. Powierzchnia węglika krzemu nie jest atomowo gładka,w związku z tym założenie o dwuwymiarowej strukturze grafenunie może być uprawnione. Ponadto wiadomo było, że transportowewłaściwości tego rodzaju grafenu są kilkakrotnie gorsze niżgrafenu ‘exfoliowanego’. W 2009 pojawiła się pierwsza publikacja[2] o kwantowym efekcie Hall’a dla grafenu epitaksjalnego.Grafen tego typu otrzymywany jest metodą termicznej dekompozycjipowierzchni SiC z której odparowuje krzem, a pozostaływęgiel ulega grafityzacji. W ITME opracowano oryginalną metodęwzrostu epitaksjalnego grafenu [1] (prekursorem jest propan) bezdekompozycji powierzchni węglika krzemu. Jak dotąd nie byłodowodu na to jaka jest natura transportu nośników ładunku w grafenieotrzymanym tą metodą.Rys. 4. Zobrazowanie powierzchni struktury do pomiaru efektu Hall’a.Rezystor pionowy przecinają pod niewielkim kątem uskoki o wysokościok. 8 nmFig. 4. Visualization of the sample surface. The 8 nm high terraces arecrossing the Hall bar at the acute angleNa rysunku 4 przedstawiono zobrazowanie powierzchni próbkiHall’a otrzymanej w naszym laboratorium. Obraz uzyskano przypomocy mikrodyfraktometru. Widoczne są tarasy na powierzchnipróbki, które przebiegają ukośnie w poprzek szerszego paskarezystora Hall’a. Wysokość tarasów wynosi ok. 8 nm. Grubośćwarstwy grafenu wynosi 0,23 nm.• Otrzymane wyniki świadczą jednak o tym, że warstwa grafenuzachowuje ciągłośc na uskokach.• Ponadto ujawniona sekwencja charakterystycznych rezystancjiHall’a jest następująca: R K/2, R K/6.Gdyby występował klasyczny efekt kwantowy sekwencja tabyłaby następująca: R K, R K/2, R K/3 (tabela). W wypadku grafenudwuwarstwowego sekwencja charakterystycznych rezystancji byłabynastępująca: R K/4, R K/8 (tabela).WnioskiW grafenie otrzymanym w naszym laboratorium występujekwantowy efekt Hall’a charakterystyczny dla grafenu zbudowanegoz jednej warstwy węgla. W warunkach eksperymentunośniki ładunku mają cechy fermionów o masie zero.Ten wynik jest dobrym prognostykiem dla przyszłych naukowychi praktycznych opracowań.Literatura[1] Strupiński. W., et al.: Graphene epitaxy by Chemical Vapor Depositionon SiC. Nano Lett., 11(4), 1786 (2011).[2] Tzalenchuk A. et al.: Towards a quantum resistance standard basedon epitaxial grapheme. Nature Nanotechnology, 5 (3), 186–189(2010).[3] Novoselov K. S. et al.: Room-Temperature Quantum Hall Effectin Graphene. Science, 315 (5817), 1379 (2007).[4] Klitzing K. et al.: Determination of the Fine-Structure Constant Basedon Quantized Hall Resistance. Phys. Rev. Lett. 45, 494 (1980).Elektronika 4/2012

Bonding technologies for 3D-packaging(Technologie bondingu dla opakowań trójwymiarowych)Klaus-Jurgen Wolter, Karsten Meier, Peter Saettler, Iuliana Panchenko,Max FroemmigMatthias Graf Technische Universität Dresden, Electronics Packaging Laboratory, Dresden, GermanyIntroduction – State Of The Art Of SiPMarket drivers and requirements for performance pushed semiconductordevices to scaled geometries, less power, smaller sizesand lower cost. The scaling of CMOS structures “more Moore” willnot be able to meet the current and future demands of the driversdue to the functional diversification of electronics, physical limitsof CMOS technology and growth of costs.Fig. 1. System improvement by SoC or SiP solutions [1]Rys. 1. Poprawa systemu przez zastosowanie rozwiązań SoC i SiP [1]System on Chip (SoC) and System in Package (SiP) both aretechnologies which have the potential to continue the improvementin performance, size, power, and cost of electronic systems(see Fig. 1). Both technologies feature advantages and disadvantageswith respect to system integration.• SoC is a way to increase functional integration by includingsub-systems on a single chip which means large scaling butincreased design effort. For this, more than just digital functionshave to be incorporated into an integrated circuit design,e.g. analogue-to-digital and digital-to-analogue conversion.• SiP combines multiple active electronic components of differentfunctionality, assembled in a single unit. This enables multiplefunctions inserted into a system or sub-system with lowdesign effort but higher package size. A SiP may also integratepassives, MEMS, optical components and other packages. [2]The following approaches can be regarded as state of the artof SiP technologies:• Horizontal structures (Multi Chip Module as QFP, BGA or FCpackages)• Stacked structures (PoP, 3D-integration with TSVs)• Embedded structures (embedded wafer level packages(eWLP))Three-dimensional integration is an attractive way for bringingtogether various functional blocks in a vertical fashion. Hence, thereduction of package sizes leads to shorter signal and power interconnectsand results into lower signal propagation delay and powerconsumption [3]. The advances of 3D-integration can also beused for “More than Moore” approaches, where a heterogeneoussystem integration of processors, memories, sensors and actuatorsforms an interface between electronics and environment.3D-Integration Technologies3D-integration offers a new way of increasing system performanceand can be defined as any technology that stacks semiconductorelements on top of each other and utilizes vertical interconnectsElektronika 4/2012between these elements [4]. Different technologies are in use for3D-integration to design electronic systems with:• higher functionality,• smaller volume,• lower electrical parasitics between interconnects,• higher density of inter-chip interconnects• and lower high-volume manufacturing cost.3D-integration technologies can be distinguished between homogeneousand heterogeneous techniques. Integration of dieswith the same functionality is named homogeneous 3D-integrationand is used mostly for memory stacks [5]. Heterogeneous3D-integration combines dies of different functions like processors,sensors, memories and RF-components in single stack packages[6].As can be seen from roadmaps and various publications thereare numbers of 3D-integration technologies. Depending on theapplication requirements as available lateral and vertical space,I/O count, power consumption and dissipation, device speed andcost etc. packages development has been done and is still ongoing([7–9]).Focusing on moderate I/O counts, low cost, easy process implementationand high flexibility towards the combination of componentsPoP systems have been proposed. Recently, PoP systemusage grew strongly and PoPs are expected to gain more marketshare during the next years [10]. However, there are a number ofPoP varieties having differences on the first and second packagelevel.TSVs are the key feature in 3D-integration approaches basedon die stacking. The size of the TSV is substantially smaller thana wire bond or a solder bump (see Fig. 2). TSV technologies requirewafer thinning, wafer drilling, via oxidation for electrical insulationand via filling with conductive material. There are two drillingtechnologies in use, plasma drilling and laser drilling. TSVsare mainly fabricated by the Bosch process, which applies a repetitionof oxidizing the silicon via and dry etching the bottom of thevias [11]. The aspect ratio (thickness of die to diameter of via) islimited due to the limitations given by the via filling technologies.Fine-pitch vias are filled with copper or tungsten, bigger laser drilledvias can be filled with conductive paste and other materials.Fig. 2. Cross-section of TSVs for 3D-wafer level integration [12]Rys. 2. Przełom TSV dla integracji 3D na poziomie płytki [12]

die warpage [µm]initial state under capillary action504030 23.820105.70concave convexdie warpageorientation:concaveconvexFig. 8. EBSD mapping of a TSV sample: [001] Inverse pole figure revealingthe polycrystalline copper microstructure at the TSV bottom.Different colors indicate specific orientations (see map on the right)Rys. 8. Mapowanie EBSD próbki TSV: [001] Zarejestrowane figurybiegunowe ujawniania polikrystaliczną mikrostrukturę miedzi nadole TSV. Różne kolory wskazują konkretne kierunki (patrz mapkapo prawej)Fig. 9. Finite element model based on EBSD mapping data deliversresults on the distribution of σ yystresses caused by a tensile testRys. 9. Model elementów skończonych bazujący na mapowaniu danychEBSD uwidacznia wyniki dystrybucji naprężeń σ yyspowodowanetestem rozciąganiaSelf-Alignment For 3D-Die AssemblyThe use of thin dies in 3D packages is done mainly for two reasons:First, it is a technological challenge to manufacture TSVswith high aspect ratio, so that dies including TSVs are thinneddown. The second reason is the permanent trend of miniaturizationwith the requirement of very thin packages.Thin dies are flexible and can show a significant die warpage dueto mechanical stresses in the deposited layers at the die surface.This die warpage has to be compensated during assembly. Thiscan be done by applying a homogenous pressure either to the dieor a die carrier, which is then removed after die bonding. Anotherapproach presented here, is the warpage compensation by capillaryaction. As displayed in Fig. 10 the procedure is as follows: A drop ofa well wetting liquid is dispensed onto the substrate in the center ofthe die position. After the placement of the die, the gap between thesubstrate and the warped die forms a capillary. The capillary pressure,which occurs in this gap, reduces the warpage of the die.Theoretical considerations and experiments were carried outto investigate the functionality of this effect. Warped, square siliconparts with an edge length of 10 mm and 50 µm thicknesswere used as test dies in the experiments. The bumps, whichdefine the gap height, were realized on a silicon wafer. DeionizedFig. 11. Warpage reduction by capillary action in dependence of thedie orientationRys. 11. Redukcja wypaczeń spowodowana przez siły kapilarne w zależnościod orientacji stemplawater was used as liquid during the experiments. Fig. 11 showsthe experimental results for a bump height of 28.5 µm, a liquidvolume of 2.2 µl and an initial die warpage of 47 µm.It was found that the efficiency of the warpage compensationby capillary action depends strongly on the warpage orientation ofthe die. In this example the initial die warpage could be reduced to5.7 µm in case of the convex and to 23.8 µm in case of the concavewarpage orientation. The reason for that difference will be a topic offurther investigations. Furthermore, it is the aim to replace the waterby a liquid that can remain in the gap between die and substrate,like an adhesive or underfill. A way of bonding or joining should beinvestigated to completely assemble the thin dies, finally.Cu/Sn SLID BondingSolid-liquid-interdiffusion bonding is one of the most promisinginterconnection technologies for die-to-wafer and die-to-diestacking [24]. The key of this technology is the interdiffusion ofa liquid metal with a low melting temperature (Sn, In) with a solidmetal having a higher melting temperature (Cu, Au). Due tothis diffusion the liquid metal transforms into a solid intermetalliccompound which has a higher melting temperature compared tothe primary metals [25]. Therefore the obtained contact cannotre-melt during subsequent stacking procedures. This makes theSLID technology appropriate for the multiple stacking of dies,where re-melting and shifting of interconnects is critical. The smallsize of the interconnect enables very fine pitch and therefore highdensity of interconnects. The small height of contacts minimizesthe stand-off between dies.The main focus of this study is the optimization of the SLIDbonding process in order to achieve reproducible bond qualityfor a detailed investigation of the microstructure, the mechanicalbehavior and the reliability. The assembly for the stacking isshown in Fig. 12. The lateral chip size is 3×3 mm² with a matrixof 9×9 bumps. The surface of the bumps was treated in a plasmachamber (DREVA CLEAN 450) with a mixture of CF 4and air in orderwarped dieliquidsubstrateFig. 10. Schematic of warpage reduction by capillary actionRys. 10. Schematycznie przedstawiona redukcja wypaczeń spowodowanaprzez siły kapilarne12Fig. 12. Schematic of the Cu/Sn/Cu assemblyRys. 12. Schematycznie przestawiony montaż Cu/Sn/CuElektronika 4/2012

lable pore geometries, a high degree of pore order and alreadypresence on the industrial production level [30] (Fig. 15A). Thefollowing electrochemical filling of the nanovias of AAO with e.g.Ag can either be done by standard DC plating at a constant depositionpotential or preferably by the much faster pulsed platingtechnique (Fig. 15B and C). The latter leads to NWs with highaspect ratio (AR ≈ 370, Length = 26 µm) and good homogeneity(standard deviation 6.2% where DC plating leads to 13% for 4 µmNWs) in length within short time (30 min). Therefore, processingthe nanowire array has been done successfully. The fabricationof an anisotropic conductive film with adhesive properties and itsimplementation into a 3D die stack are still under investigation.ConclusionsTwo major approaches for 3D-integration are in use today, package-on-packageand stacked-die packages. The advantages ofPoP include the application of tested individual packages, whilestacked-die packages need the application of known good dies.PoP represent a lower cost solution and the flexibility of substitutingthe assembled sub-packages but a worse package volume.The stacked die packages, especially by using TSVs, have particularadvantages such as reduced wire length between differentdies and high-density interconnections.This paper introduced 3D-integration technologies and presentedbonding technologies for Package-on-Package and die-towafer3D-technologies. Results of our research group on “HighlyReliable 3D‐Microsystems” were demonstrated as there are:• The reliability of PoPs under TCT and drop impact conditions wasanalysed. The mechanical solder behavior at high strain ratesand warpage control enable the manufacturing of reliable PoPs.• The investigation of the detailed TSV copper grain structureand incorporation of anisotropic material data enables an improvedcharacterization of TSV structures.• A significant reduction of the warpage of thin dies by the conceptof utilizing capillary action was proven and is a key toimproved die stacking.• Planarity and surface cleaning are enablers for the Cu/Sn SLIDbased bonding technology. Bonding parameters for successfuldie stacking were determined.• Nanowire filled adhesive films providing anisotropic conductivityare proposed as die-to-die interconnection technology.The manufacturing of high density NW arrays by pulsed platingwas shown.The gained results potentially lead to improve the reliabilityof 3D microsystems. The research focuses a set of technologieswhich can be selected considering process and application requirements.The authors thank the colleagues with FhG IZM-ASSID for manyconstructive discussions and hardware support. The young researchersgroup “Highly Reliable 3D-Microsystems” is fundedby the European Social Fund ESF (SAB No. 080942881). The researchtraining group “Nano- and Biotechnologies for Packagingof Electronic Systems” is funded by the Deutsche ForschungsgemeinschaftDFG (DFG1401/02).References[1] Eniac: European technology platform nanoelectronics, http//:nano.sdu.dk/PDF/Nanoelectronics-SRA(2).pdf, 2005, p. 31.[2] BEELEN-HENDRIKX C., Trends in IC Packaging, Proceedingsof 17 th European Microelectronics and Packaging Conference, 2009,pp. 1–8.[3] BEYNE E., The Rise of the 3rd Dimension for System Integration,Proceedings of 9 th International Interconnect Technology Conference,2006, pp. 1–5.[4] XIE Y., CONG J. and SAPATNEKAR S., Three-Dimensional IntegratedCircuit Design, Springer Verlag, 2010, p. 16.[5] COGNETTI C., The Impact of Semiconductor Packaging Technologieson System Integration An Overview, Proceedings of 35 th EuropeanSolid-State Circuit Conference, 2009, pp. 23–27.[6] JIANG T. and LUO S., 3D Integration – Present and Future, Proceedings10 th Electronics Packaging Technology Conference, 2008,pp. 373–378.14[7] CHEAH B. E., KONG J., PERIAMAN S. and OOI K. C., A Novel Inter-Package Connection for Advanced Package-on-Package Enabling,Proceedings of the 61 st Electronic Components and Technology Conference,2011, pp. 589–594.[8] DAS R. N., EGITTO F. D., BONITZ B., POLIKS M. D. and MARKOV-ICH V. R., Package-Interposer-Package (PIP): A Breakthrough Package-on-Package(PoP) Technology, Proceedings of the 61 st ElectronicComponents and Technology Conference, 2011, pp. 619–624.[9] HO S. W., DANIEL F. M., SIOW L. Y., SEETOH W. H., LEE W. S.,CHONG S. C. and RAO V. S., Double Side Redistribution Layer Processon Embedded Wafer Level Package for Package on Package(PoP) Applications, Proceedings of the 12 th Electronics PackagingTechnology Conference, 2010, pp. 383–387.[10] SMITH L., Package-on-package: thinner, faster, denser, Solid StateTechnology, Vol. 54, Issue 7, July 2011.[11] ROOZEBOOM F., BLAUW M., LAMY Y., GRUNSVEN E., DEKKERSW., VERHOEVEN J., HEUVEL E., DRIFT E., KESSELS E. andSANDEN R., Deep Reactive Ion Etching of Through Silicon Vias, inP. Garrou, C. Bower and P. Ramm, Handbook of 3D Integration, Wiley-VCHVerlag, 2008, Vol. 1.[12] VEMPATI S. R., HO S. W., LEE W. S. V., LI H. Y., LIAO E., RANGA-NATHAN N., CHAI T. C., XIAOWU Z. and PINJALA D., TSV interposerfabrication for 3D IC packaging, Proceedings of the 11 th ElectronicsPackaging Technology Conference, 2009, pp. 431–437.[13] YOSHIDA A., WEN S., LIN W., KIM J. and ISHIBASHI K., A Study onan Ultra Thin PoP using Through Mold Via Technology, Proceedingsof the 61 st Electronic Components and Technology Conference, 2011,pp. 1547–1551.[14] YOON S. W., ISHIBASHI K., DZAFIR S., PRASHANT M., MARI-MUTHU P. C. and CARSON F., Development of Super Thin TSVPoP, Proceedings of the 61 st Electronic Components and TechnologyConference, 2011, pp. 274–278.[15] YIM M. J., STRODE R., BRAND J., ADIMULA R., ZHANG J. J. andYOO C., Ultra Thin POP Top Package using Compression Mold: ItsWarpage Control, Proceedings of the 61 st Electronic Componentsand Technology Conference, 2011, pp. 1141–146.[16] PAHLKE S., Beiträge zur Second-Level-Charakterisierung von 3D-Package-on Package, Diploma Thesis, Technische Universität Dresden,2011.[17] MEIER K., ROELLIG M., WIESE S. and WOLTER K.-J., MechanicalBehaviour of Typical Lead-Free Solders at High Strain Rate Conditions,Proceedings of the 12 th Electronics Packaging TechnologyConference, 2010, pp. 825–831.[18] International Roadmap for Semiconductors, The next Step in Assemblyand Packaging: System Level Integration in the Package (SiP),ITRS White Paper, Vol. 9, 2007, pp. 5-12, pp. 103–106.[19] LIU X., CHEN Q. and DIXIT P., Failure Mechanisms and OptimumDesign for Electroplated Copper Through Silicon Vias (TSV), Proceedingsof the 59 th Electronic Components and Technology Conference,2009, pp. 1–6.[20] International Roadmap for Semiconductors, Assembly and Packaging),ITRS Roadmap, 2007, pp. 5-12, pp. 32–35.[21] WOLF M., High Aspect Ratio TSV Copper Filling with different SeedLayers, Proceedings of the 58 th Electronic Components and TechnologyConference, 2008, pp. 1–8.[22] HENRY D., Development and characterization of high electrical performancesTSV for 3D applications, Proceedings of the 11 th ElectronicsPackaging Technology Conference, 2009, pp. 1–8.[23] SAETTLER P., MEIER K. and WOLTER K.-J., Considering CopperAnisotropy for advanced TSV-modeling, Proceedings of the 34 th InternationalSpring Seminar on Electronics Technology, 2011, pp. 1–5.[24] AGARWAL R., ZHANG W., LIMAYE P., LABIE R., DIMCIC B., PHO-MMAHAXAY A. and SOUSSAN P., Cu/Sn Microbumps Interconnectfor 3D TSV Chip Stacking, Proceedings of the 60 th Electronic Componentsand Technology Conference, 2010, pp. 858–863.[25] BERNSTEIN L., Semiconductor Joining by the Solid-Liquid-lnterdiffusion(SLID) Process. I. The Systems Ag-ln, Au-ln, and Cu-ln, Journalof Electrochemical Society, Vol. 113, Issue 12, 1966, pp. 1282‐1288.[26] HERZOG T., WOLTER K.-J., CANCHI PURUSHOTHAMA K. andMANOKARAN, V., Investigation and Optimization of Residue-FreePlasma-Assisted Reflow Soldering of SnAgCu by DoE, ElectronicsSystemintegration Technology, 2006, pp. 1071–1081.[27] CHAI Y., ZHANG K., ZHANG M., CHAN P. C. H. and YUEN M. M.F., Carbon nanotube/copper composites for via filling and thermalmanagement, Proceedings of the 57 th Electronic Components andTechnology Conference, 2007, pp. 1224–1229.[28] YI LI YIM M. J., MOON K. S. and WONG C. P., High PerformanceNano-scale Conductive Films with Low Temperature Sintering forFine Pitch Electronic Interconnect, Proceedings of the High DensityPackaging and Microsystem Integration, 2007.[29] GRAF M., MEIER K., HAEHNEL V., SCHLOERB H., EYCHMUEL-LER A. and WOLTER K.-J., Nanowire Filled Polymer Films for 3DSystem Integration, Proceedings of the 14 th International InterconnectTechnology Conference and Materials for Advanced MetallizationConference, 2011.[30] LI A. P., MUELLER F., BIRNER A., NIELSCH K. and GOESELE U.,Hexagonal pore arrays with a 50-420 nm interpore distance formedby self-organization in anodic alumina Journal of Applied Physics,Vol. 84, No. 11, 1998, pp. 6023–6026.Elektronika 4/2012

Anode Supported Planar Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)– novel design(Planarne stałotlenkowe ogniwo paliwowe (SOFC) wsparte na anodzie– nowe rozwiązanie)dr inż. Barbara Dziurdzia, dr inż. Zbigniew Magoński, dr inż. Henryk Jankowski,dr inż. Jan KoprowskiAGH University of Science and Technology, Department of Electronics, CracowSolid Oxide Fuel Cells (SOFCs) are highly efficient energy conversiondevices that transform chemical energy to electrical energythrough the electrochemical reactions. SOFC consists of twoceramic electrodes (anode and cathode) separated by a denseceramic electrolyte and it operates at high temperature in the rangefrom 800°C to 1000°C. Oxygen ions formed at the cathodemigrate through the ion – conducting electrolyte to the anode/electrolyte interface where they react with fuel, producing waterand releasing electrons that flow through an external circuit tothe cathode/electrolyte interface [1–3]. Microstructure of the cathode,anode and electrolyte is important for the proper fuel celloperation. The electrolyte should be dense, gas-tight and ion conducting.The electrodes should be transparent for gases and havegood electrical conductivity [4–6].In a typical planar SOFC design, the cell components are configuredas thin, flat plates and metallic or ceramic interconnectsserve as gas flow channels and provide the electrical connectionbetween the cells in a stack of cells. The article presents a noveldesign of the anode-supported high temperature solid oxide fuelcell (SOFC) which differs from the typical planar SOFC design bythe multifunctional anode construction.The anode consists of the anode base with embedded fueldistribution channels, manifolds and waste product collectors, andtwo operating anodes deposited on the both sides of the base.The embedded channels are connected with the outside via inletfor fuel and outlet for the waste products. The operating anodesare permanently bonded with the anode base by sintering. Theanode base supports two cells, serves as a common current collectorand provides fuel distribution.The anode base and operating anodes are made of commerciallyavailable nickel oxide and yttria-stabilized zirconia (Ni/YSZ)green tapes and further components of the cell – electrolyte andcathode layers are performed by screen printing with the electrolytepaste and the cathode paste. Fig. 1 presents the principleof operation of the cell.The advantage of the design is, that fuel flows just underneaththe operating anodes providing easy access of fuel to the areaof electrochemical reaction. Additionally, thanks to the applicationof the anode base, it was possible to use relatively low thicknessof the operating anode that affects the concentration polarizationlosses of the cell [7]. The proposed anode design is convenient fortesting new ceramic compositions for the electrolytes and cathodesbecause only a few additional screen printed layers are needed tocomplete a couple of independent fuel cells ready for tests.ExperimentalThe set of thick film materials used in fabrication of the fuel cellmodel is collected in Table 1.Tabl. 1. Tick-film materials used in model fabricationTab. 1. Materiały grubowarstwowe stosowane do produkcji modelu ogniwCellcomponentMaterialAnode ESL 42421Electrolyte ESL 4481CompositionNi/YSZ foil mixture of NiO and yttriastabilized zirconia,8YSZ paste8%mol yttria stabilized zirconiaTop cathodecurrent collectorBottom cathodecurrent collectorFlowchannelsSilver gridH 2Top anodecurrent collectorBottom anodecurrent collectorH OOutletO 2 O 22O 2H 2O H 2OFig. 1. The principle of the cell operationRys. 1. Zasada działania nowego rozwiązania SOFCCathodeElectrolyteOperatinganodeAnodebaseCathodeElectrolyteOperatinganodeAnodebaseCathode ESL 4421Processing of the AnodeLSCF pasteLa 0.80Sr 0.20Fe 0.80Co 0.2lanthanum strontium cobalt ferrite oxideThe anode base is created with six layers of nickel oxide and yttria-stabilizedzirconia tapes (Ni/YSZ) of raw thickness 0,180 mmwhich were shaped into dimensions 80 × 25 mm and laminatedwith the isostatic press at 70°C under pressure of 7000 psi. A networkof microchannels of width 350 µm and depth 300 µm as wellas manifolds and waste product collectors were machined on bothsides of the laminate. The laminate with engraved patterns was onboth sides covered with single Ni/YSZ tapes, 180 µm thick, whichserve further as operating anodes. Afterwards, the entire anodestructure was dried in a tube furnace where the temperature wasraising slowly from ambient temperature to 350°C with a ramp0.9°C/min. The thermal processing was continued in a chamberfurnace starting from drying in the temperature range from 350°Cto 650°C with a ramp 2°C/min., and followed by firing in the temperaturerange from 650°C to 1550°C with a ramp 5°C/min. Thestructure stayed at the peak temperature 1550°C for 2.5 h.Due to the Ni/YSZ tape shrinkage after firing, the dimensionsof the anode structure were reduced of approximately 25% to thedimensions 60 mm × 19 mm × 1.2 mm. The channels width anddepth were reduced to 0,270 mm and 0,220 mm, respectively.Elektronika 4/2012 15

Processing of the Fuel CellOnce the basic ceramic structure of the anode was created, furtherfunctional layers of the fuel cell were deposited by screenprinting and followed by thermal processing. Temperature of firingof the electrolyte and cathode layers was adjusted experimentally.Four technological versions of the cell were fabricated. Table 2contains the specification of these versions.Tabl. 2. Technological versions of fuel cellsTab. 2. Wersje technologiczne testowanych ogniw paliwowychVersionFiring temperatureElectrolyte ESL 4481 Cathode ESL 4421I.1 1470°C 900°CI.2 1520°C 1000°CAdditionalprocessesI.3 1520°C 1000°C impregnation inbath Zr(NO 3) 4I.4 1600°C 1100°CIn version I.1 the electrolyte paste ESL 4481 containing 8 mol%yttrium stabilized zirconia (YSZ) was deposited twice with 200 meshscreen, first on the one side of the anode structure, and than onthe other, with separate drying of each layer at 900°C. The electrolytelayer was fired at 1470°C. In the next technological step, thecathode paste ESL 4421 containing lanthanum strontium cobaltferrite oxide (LSCF) was screen printed once through a 200 meshscreen on the surface of both electrolyte layers with separate dryingof each layer. The cathode layer was fired at 900°C. Silver gridwas screen printed with the silver paste on the surface of the cathodesto increase their electrical conductivity. Afterwards, anodeand cathode current collector electrodes were screen printed withsilver paste on both sides of the ceramic structure and then firedat 900°C. The edges of the ceramic fuel cell were sealed with hightemperature ESL glass C129 and fired at 950°C. Finally inlets forhydrogen and outlets for reaction products were drilled in the centreof the anode and cathode current collector electrodes.In the experiment labeled I.2, the electrolyte layer was firedat the temperature 1520°C, the cathode layer at the temperature1000°C.The experiment labeled I.3 contains, in comparison to versionI.2, the additional technological operation: the electrolyte layerwas after firing impregnated with a solution of zirconium salt Zr(NO 3) 4in order to improve the tightness of the electrolyte.Figures 2 shows a view of the complete fuel cell structure.Figures 3 presents the cross-section of the complete fuel cell.It is visible a green anode base with flow channels covered withoperating anodes on both sides, thin white layers of electrolytesand black strips of cathodes.Final technological operation in the process of fuel cell fabricationwas the reduction of the anode in the atmosphere of hydrogen.The complete fuel cell structure was inserted to a ceramictube of a furnace to which hydrogen diluted in nitrogen was deliveredwith a constant flow.The process of reduction was carried out at 500°C and lasted2 hours. As a result, the particles of nickel oxide NiO in the yttrium-stabilizedzirconia were reduced to metallic nickel Ni forminga porous Ni-YSZ structure. The anode changes the colourfrom green to black and becomes porous.Table 3 collects dimensions of the fuel cell model components.Tabl. 3. Geometrical dimensions of the cell componentsTab. 3. Wymiary geometryczne elementów ogniwa paliwowegoCellcomponentMaterialTotal thickness(fired)Anode base Ni/YSZ tape, 6 layers 0.780 mmOperating anode Ni/YSZ tape, 1 layer 0.130 mmElectrolyte 8YSZ, 2 prints 0.020 mmCathode LSCF, 1 print 0.021 mmentire ceramic structureflow channels60 × 19 × 1.2 mm0.270 mm wide,0.220 mm deepFig. 2. Top view of the complete fuel cell structure (from the left: cathodecurrent collector, silver grid printed on the surface of a cathode,anode current collector)Rys. 2. Widok z góry gotowej struktury ceramicznej ogniwa paliwowego(od strony lewej: elektroda zbierająca katodowa, siatka z pastysrebrowej na powierzchni katody, elektroda zbierająca anodowa)Fig. 3. Cross-section of the complete fuel cell (magnification 160×)Rys. 3. Przekrój poprzeczny kompletnego ogniwa (powiększenie 160×)16SEM observationsThe SEM of the complete test cell cross-section (technologicalversion I.4) is shown in Fig. 4. It can be observed the porous structureof the operating anode, dense electrolyte and the porouscathode. Pores visible inside the electrolyte layer are closed anddoesn’t affect the tightness of the electrolyte.Figures 5 shows the porosity of the anode after reduction.It can be seen the smooth dense particles of zirconia and spongyparticles of nickel.Figures 6 presents the surface of the electrolyte layer sinteredat 1600°C. It can be seen that the electrolyte layer is dense andnot permeable for gases.Electrical measurementsFigures 7 shows the test set-up used in experiments. It consistsof two flat platinum heaters deposited on the substrate of aluminanitrate AlN and embedded into thermal isolating foam. The heatersenable heating the cell up to 800°C. Hydrogen flow throughthe channels of the anode structure was maintained at 100 sccm.The active cell area is equal to 4 cm 2 .The fuel is provided to hot fuel cell via ceramic intermediateconnector, which thermally separates the fuel supply intake connectorfrom the hot fuel cell.Elektronika 4/2012

Fig. 7. Operating fuel cell at the laboratory set upRys. 7. Ogniwo pracujące na stanowisku pomiarowymFig. 4. SEM of the test cell cross-section (from the bottom: porousanode, dense electrolyte, porous cathode)Rys. 4. SEM testowego ogniwa paliwowego (od dołu: anoda, elektrolit,katoda)Results and discussionsTwo parameters of fuel cell model were investigated: the fuel cellopen voltage (OCV) and the short circuit current. Table 5 showsthe influence of the electrolyte firing temperature on the cell parameters.Four technological versions of test cells I.1, I.2, I.3, I.4were tested. The measurements were performed at 800°C usinghumidified hydrogen flowing (100 sccm) through the channels ofthe anode structure.Tabl. 5. Open circuit voltage and short circuit currentTab. 5. Napięcie otwartego ogniwa i prąd zwarciaVersion of thefuel cellFiring temperature ofthe electrolyte [°C]Open circuitvoltage (OCV)[mV]Short-circuitcurrent[mA]I.1 1470 450 140I.2 1520 620 235I.3 1520 + impregnationZr(NO 3) 4650 260I.4 1600 990 2600Fig. 5 Porosity of the anode: it can be seen the smooth dense particlesof zirconia oxide and spongy particles of nickelRys. 5. Porowatość warstwy anody: widoczne gładkie cząsteczkitlenku cyrkonii i porowaty nikielIt was observed, for the versions I.1 and I.2, the increase inopen circuit voltage and in short circuit current when the firingtemperature of the electrolyte (YSZ) increases from 1470°C to1520°C.In version I.3, additional impregnation of the electrolyte layerafter firing by a zirconium salt Zr(NO 3) 4caused only slight increasein cell electrical parameters. Their low values indicate that theelectrolyte layer is not enough dense and gas tight [7].Fig. 6. Dense electrolyte layer sintered at 1600°C. Pores are closedand doesn’t affect the layer tightnessRys. 6. Powierzchnia elektrolitu wypalonego w 1600°C. Widocznepory są zamknięte i nie mają wpływu na szczelność warstwyFig. 8. Output voltage and output power versus versus output currentfor the cell operating at 800°C (version I.4)Rys. 8. Napięcie wyjściowe ogniwa i moc wyjściowa w funkcji prąduwyjściowego ogniwa pracującego w temperaturze 800°C (wersja I.4)Elektronika 4/2012 17

The real improvement occurred in version I.4 when the firingtemperature of the electrolyte was increased up to 1600°C. Theopen circuit voltage and short circuit current reached 990 mVand 2600 mA, respectively. SEM photo of the electrolyte fired at1600°C proves that the layer is dense and well sintered (Fig. 6).Figures 8 shows the plots of the fuel cell output voltage andoutput power versus output current for version I.4 of the cell operatingat 800°C. Active area of the operating fuel cell was 4 cm 2 .This sample provided power density greater than 400 mW/cm 2 .In the proposed SOFC design, technological processes relatedto the performance of the tight electrolyte layer seems to playthe decisive role in the cell operation. The firing temperature ofelectrolyte equal to 1600°C was established as optimal for thisdesign.ConclusionsCeramic model of a planar high temperature solid oxide fuel cellSOFC different from the reported in the literature and convenientfor assembly into stacks was performed.The proposed base anode structure with embedded fuel channelssimplifies construction of fuel cells.The advantage of this proposed structure of SOFC can be easilyexamined with a simple test fixture prior assembly into stack.Research on the electrolyte density and the cathode conductivityare crucial in order to improve the fuel cell model operation.The authors believe that further works on the proposed planarSOFC design will enable to build a compact, efficient batteryof fuel cells.This project has been supported in the years 2010–2012 by thegovernment funds for science. No. of project 18.120.946.References[1] SINGHAL S. and KENDALL K.: High Temperature Solid Oxide FuelCells: Fundamentals, Design and Applications, Elsevier 2003.[2] GASIK M.: Materials for fuel cells, RCR Press 2008.[3] ISHIHARA T., Perovskite Oxide for Solid Oxide Fuel Cells, Springer2009.[4] SUN Ch., HUI R., ROLLER J.: J Solid State Electrochem, 14 (2010),1125-1144.[5] LINDEROTH S.: Solid oxide cell R&D at Riso National Laboratoryandits transfer to technology, J Electroceram, 22 (2009) 61–66.[6] MALZBENDER J., STEINBRECH R., SINGHEISER L.: A review ofadvanced techniques for characterizing SOFC behaviour, Fuel Cells,6 (2009), 785–793.[7] YOON K., ZINK P., GOPALAN S., PAL U.: Polarization measurementson single-step co-fired solid oxide fuel cells (SOFCs), Journalof Power Sources 172 (2007) 39–49.Miniaturized arms for three-dimensional thick-filmthermoelectric microgenerator(Miniaturowe ramiona dla trówymiarowych grubowarstwowychmikrogeneratorów termoelektrycznych)dr inż. Piotr MarkowskiWrocław University of Technology, Faculty of Microsystem Electronics and PhotonicsWhen two different metals are connected by their ends and thereis a temperature difference between the junctions the electric currentflows into the circuit. This kind of structure is called thermocoupleand it can be used to electrical power generation. Outputvoltage and power can be multiplied if a number of thermocouplesare electrically connected in series. At the same time all“cold” junction should have approximately the same temperature– lower than the temperature of „hot” joints (thermocouples shouldbe thermally connected in parallel). Such a structure is calledthermopile.Thermopiles produce “green” energy and can be used as analternative power sources for microsystems and low-power electronicmicro-circuits [1, 2]. Their dimensions should be small –comparable with dimensions of powered systems. It is the reasonwhy miniaturization of such generators is important.Fabrication processTwo ways of fabrication of thermopiles are presented. First onebases on precise screen-printing only. Ag and Ni or PdAg pasteswere used. They were printed using AUREL VS1520 Fine LineScreen Stencil Printer. In the second method precise screen-printingand photoimageable inks technique were combined. Ag-basedphotosensitive paste was used to fabricate first thermocouples’arms. Second arms were precisely screen printed betweenAg paths.As a substrate DP951 unfired ceramic foil was used in bothcases. LTCC (Low Temperature Cofired Ceramic) technique allowsfabrication of microelectronic multilayer structures [3]. It canbe exploited to construct stack of thermopiles – a number of thermopilesfabricated on single foils are connected in one, multilayer18stack (“sandwich” structure). In the result the output parameters(like generated voltage or electrical power) are multiplied. DuPontceramic was chosen because of its good compatibility with usedthick-film pastes.Precise printing – the „A” type structureThermocouples’ arms fabricated using that method had 200 μmin width. In the first step Ag-based arms were screen-printed (DP6145 paste). Patterns shown in Fig. 1a and 1b were fabricated.(a)(c)Fig. 1. Precise printed thermocouples: a, b) masks for screen-printing;c) achieved Ag/Ni junctions; d) Ag/Ni thermopile (25 thermocouples)on DP 951 tapeRys. 1. Termopary naniesione metodą sitodruku precyzyjnego:a, b) maski dla sitodruku; c) wykonane złącza Ag/Ni; d) termostosAg/Ni (25 termopar) na folii DP 951(b)(d)Elektronika 4/2012

They were used alternately when „sandwich” structure was assembled.Second arms were PdAg- (DP 6146 paste) or Ni-based(ESL 2554-N1 paste). They were precisely printed betweenAg arms. The same patterns were used. Owing to high-qualityof screen printer vision system high-accuracy of thermocouples’junctions were achieved – Fig. 1c. Onto the 25 × 30 mm 2 , 165 μmthick substrate 25 thermocouples (each 25 millimeters long) werefabricated (Fig. 1d). Distances between single thermocouple’sarms were 200 μm.Photoimageable inks – the „B” type structureIn this method two different techniques were used. The secondarms, PdAg or Ni-based, were precisely screen-printed– process described in point 2.1 (the same pastes). But beforeit, the first arms were fabricated using photoimageable inkstechnique. The process flow of photoimageable pattern formingis shown in Fig. 2.(a) (b) (c) (d)Fig. 3. Test paterns: a) pads – 60 μm; b) electrodes – 60 μm; c) circles– 60 μm; d) meander – 30 μmRys. 3. Wzory testowe: a) pady – 60 μm; b) elektrody – 60 μm; c) okręgi– 60 μm; d) meander – 30 μmScreen-printinglayersubstrate(a)UV lightphotomask(b)(a)(b)UV exposuredeveloper(c)(c)(d)DevelopingFiringFig. 2. The process flow of photoimageable inks technique: a) screen-printingof the pad; b) UV-exposure; c) developing; d) firing [4]Rys. 2. Proces wykonywania warstw fotodefiniowalnych: a) sitodrukpadu; b) naświetlanie UV; c) wywoływanie; d) wypalanie [4]Photosensitive ink was deposited onto the substrate in a screen-printingprocess (Fig. 2a). Then it was dried and exposed toUV radiation through a photomask with a proper pattern (Fig. 2b).UV light causes polymerization of the photosensitive ink. Notexposed areas are not polymerized and it is possible to removethem in the next technological step – spraying (as a developerethanolamine solution was used) – Fig. 2c. Ag-based paste preparedby Institute of Electronic Materials Technology (ITME, Warszawa)were used (marked Ag-71).Some compatibility tests between used photosensitive pasteand DP951 substrate were performed. The tests patterns like circles,squares, strait and broken lines were fabricated. The width ofthese details was in the 30 to 100 μm range. Details were preciselyimaged on the substrates after developing procedure. Differencesbetween designed and achieved paths width were smallerthan 10%. The test shows also that distances between every singleelement should be not smaller than 50 μm. Otherwise pathscould be short circuited one to another. Details had sharp, perpendicularedges what is characteristic for the photoimageableinks technique [5–7]. Some results are shown in Fig. 3.Process parameters like thickness of printed paste, drying timeand temperature, exposure time, developing time are crucial toachieve proper patterns with designed shapes and dimensions.There were series of tests performed before fabrication of finalstructures and all mentioned parameters were experimentally determined.(d)Fig. 4. Photoimageable thermocouples: a, b) masks for UV exposure;c) achieved Ag/Ni junctions; d) Ag/Ni thermopile (36 thermocouples)on DP 951 tapeRys. 4. Termopary fotodefiniowalne: a, b) maski dla naświetlania UV;c) wykonane złącza Ag/Ni; d) termostos Ag/Ni (36 termopar) na foliiDP 951The next step was the final structures fabrication. Thermocouples’arms like shown in Fig. 4a and 4b were made. Thepaths width was 60 μm, distances between them – 400 μm.Second arms were precisely screen-printed between Ag arms(Fig. 4c). Their width was 200 μm. PdAg or Ni pastes wereused. In the result the 165 μm thick substrate 36 thermocouples(each 20 millimeters long) were fabricated onto the 20 × 25 mm 2(Fig. 4d ). The distances between single thermocouple’s armswere 100 μm.„Sandwich” type microgeneratorAg/Ni combination is more suitable than Ag/PdAg one, due to it’shigher Seebeck coefficient (about 21 μV/K in comparison to about6 μV/K for Ag/PdAg). Test showed that printing order have noinfluence on results (Ag/Ni and Ni/Ag thermocouples gives thesame results). Sheet resistance of Ni and PdAg pastes was 45and 170 mΩ/□ respectively, Ag paste – 3,5 mΩ/□. Single thermocoupleresistance (result of Ag paste resistivity, PdAg or Ni pasteresistivity and junctions resistance) for „A” type structures wasabout 6,5 Ω for Ag/Ni and 22 Ω for Ag/PdAg. For “B” type structures– 6 Ω and 19 Ω, respectively.Ag/Ni structures had better output parameters (output voltage,power). It is suitable composition for planar thermopiles construction.To increase output parameters of micro-thermoelectricgenerators the stack consisted of single thermopiles can be constructed(„sandwich” structure as mentioned in section 2). A numberof substrates are put together and the electrical connectionbetween the layers are realized [4] – Fig. 5. Pads placed on thethermopile’s sides were used to connect adjacent layers (Fig. 1dand 4b). The last step of „sandwich” type micro-generator constructionis whole structure cofiring in the proper temperature profile(Fig. 2d).Elektronika 4/2012 19

Fig. 5. „Sandwich” type microgeneratorRys. 5. Mikrogenerator typu „kanapkowego”Fig. 6. Ni pattern buried in LTCC – ceramic delaminationRys. 6. Wzór z pasty Ni zagrzebany w LTCC – delaminacja ceramikiBoth thermopiles types, i.e. fabricated using only precise screen-printingand fabricated using photoimageable inks technique,are suitable for the stack construction. But there is some problemwith Ag/Ni thermopiles. The Ni paste used in the investigation isnot compatible with LTCC technology. There is a serious problemwith the paste and DP951 tape cofiring. Ni paste should be firedat 700°C for 1 hour while DP951 tape at 850°C for 3 hours. Thetests of cofiring have failed. The LTCC foil delaminations as wellas the Ni paste degradation had occurred (Fig. 6). In the resultfabricated stack was damaged.The fully functionally stacks were made using Ag/PdAg thermopiles(both types). „A” type stack contains of 20 layers (500thermocouples). The final dimensions was 20 × 22.5 × 3 mm 3and the internal resistance – 11 kΩ. The microgenerator is able toproduce 300 mV of output electrical voltage and 8 μW of outputelectrical power when the temperature difference along the structureis about 100°C. „B” type stack contains of 20 layers (720thermocouples). The final dimensions was 15.5 × 19 × 3 mm 3and the internal resistance – 14 kΩ. The microgenerator is able toproduce 430 mV of output electrical voltage and 13 μW of outputelectrical power when the temperature difference along the structureis 100°C.SummaryThe multilayer stacks of planar thermopiles were fabricated. Theyconsist of few hundreds of thermocouples connected electricallyin series and thermally in parallel. Two different fabricationmethods were used – screen-printing and photoimageable inkstechnique. Screen-printing main advantage is simplicity whilevery precise, high-resolution details can be fabricated using photosensitivepastes. The second method should give better resultsof structures miniaturization. Carried out tests have confirmed thisthesis. Photoimageable thermocouples had much narrower arms– 60 μm in comparison to 200 μm of printed arms. It should benoted that the width of the arms can still be reduced – tests showedthat fabrication of 30 μm wide arms is not a problem (seesection 2.2). Further miniaturization of printed arms is very difficult– printing of narrower solid lines is complicated. It should be notedthat the thermopile can work only when all the thermocouplesinside are electrically continuous (500…720 thermocouples, each20 mm long).Decreasing of the distances between arms is the more difficulttask. If it is smaller than 50 μm there is a problem with the pasterinsing out from among the arms (photoimageable inks method).When arms are screen-printed there are many short-circuits betweenthem if the distance is smaller than 150 μm.During the tests only one thermocouples’ arm was fabricatedusing photosensitive paste. If the both arms are photoimageablehigher miniaturization level will be achieved. Single „B” typethermocouple described in section 2.2 occupy 460 μm. It can bedecreased to about 250 μm when both arms are fabricated usingphotosensitive pastes. It means that on the same area nearly twotimes more thermocouples could be placed.Ag/PdAg thermocouples were used to „sandwich” type microgeneratorfabrication despite the Ag/Ni thermocouples had betteroutput parameters (lower electrical resistivity, higher Seebeck coefficient).Difficulty in Ni paste and LTCC tape cofiring was thereason. They are not compatible with each other what brings to Nilayer decomposition during firing. Research having in view buriedAg/Ni thermocouples fabrication will be continued.Type „A” and „B” multilayer microgenerators were fabricated.Both consisted of 20 layers and contained 500 and 720 thermocouplesrespectively. The „A” structure was bigger despite thesmaller number of thermocouples – 23 × 26 × 3.3 mm 3 . DP 951ceramic tape shrinks during firing and in the results dimensionsof final structure was 20 × 22.5 × 3 mm 3 (1,35 cm 3 ). Dimensionsof the „B” structure was 15.5 × 19 × 3 mm 3 (0.88 cm 3 ) after firing.Research having in view thick-film thermoelectric microgeneratorminiaturization will be continuedThis work was supported by the Polish National Science Centre,Grant No N N515 503240 and Wrocław University of Technology,Grant No 343745W12.References[1] Leonov V., Torfs, T., Fiorini, P., Van Hoof, C.: Thermoelectric convertersof human warmth for self-powered wireless sensor nodes. SensorsJournal, 7 (2007), pp. 650–657.[2] Markowski P., Dziedzic A.: Planar and three-dimensional thick-filmthermoelectric microgenerators. Microelectronics Reliability, 48(2008), pp. 890–896.[3] Golonka L., Bembnowicz P., Jurków D., Malecha K., Roguszczak H.,Tadaszak R.: Low temperature co-fired ceramics (LTCC) Microsystems.Optica Applicata, 41 (2011), pp. 383–388.[4] Markowski P.: Photoimageable details on LTCC ceramic, 34th ISSE2011 Conference, High Tatras, Słowacja, 2011, pp. 175–176.[5] Jakubowska M., Achmatowicz S., Baltrušaitis V., Młożniak A.,Wyżkiewicz I., Zwierkowska E.: Investigation on a new silver photoimageableconductor pastes. Microelectrinics Reliability 48 (2008),pp. 860–865.[6] Nowak D., Dziedzic, A., Hrovat, M., Cilenšek, J.: Miniaturizationof thick-film resistors by laser-shaping. 33rd ISSE 2010 Conference,Warszawa, Poland, 2010, pp. 82–86.[7] Markowski P., Jakubowska M., Zwierkowska E., Danielkiewicz M.,Wolter K-J., Luniak M.: Properties of thick-film photoimageable inksfor LTCC substrates. Elektronika – Konstrukcje, Technologie, Zastosowania,3 (2011), pp. 109–111.20Elektronika 4/2012

Investigation of leaded assembly processof lead-free BGA and CSP structures(Badanie ołowiowego procesu montażu bezołowiowych strukturw obudowie BGA i CSP )dr inż. Janusz Borecki, Instytut Tele- i Radiotechniczny, WarszawaThe basic element of every electronic device is a Printed CircuitBoard (PCB) on which the electronic components are mounted.Assembly of components is usually made by soldering inSurface Mount Technology (SMT). The created in this processsolder joints have to fulfill two main tasks, namely: the connectionof component leads to connections network, as well as themechanical connection of component to the surface of PCB.The quality of solder joints depends on many factors, whichinclude: parameters of assembly process, type of solder paste,surface finishing of PCB’s solder pads (e.g. Ni/Au, immersionSn, HAL, etc.) [1].The constant market demands for miniaturization of consumerelectronic devices such as digital cameras, mobile phones,portable media players, etc., forces to use more and more functional,as well as more and more integrated multi-lead semiconductorstructures (e.g. BGA, CSP, Flip-chip) [2]. These electronicdevices are often operated in extremely variable environmentalconditions, and the reliability of them strongly depends on qualityof solder joints. It is known that the solder joints made withuse leaded (Pb) technology are more reliable and more resistivefor mechanical exposure in comparison to Pb-free solderjoints [1]. From this reason, many sectors of electronic industrysuch as automotive, energetic, medical, military and aerospaceare excluded from regulations of RoHS Directive [1, 3]. On theother hand, the producers of electronic components, to reduceof production costs, manufactures their products in one versiononly, usually in Pb-free technology. In this fact it is necessary toassembly of electronic components in mixed technique (Pb-freecomponents assembled by leaded solder paste).InvestigationsAt the moment of necessity of assembly in mixed technique becomesa complex issue of good quality of solder joints making. Itis especially important in case of assembly of components withspherical leads hidden under the package (e.g. BGA, CSP, Flipchip).This follows from the fact that component leads are notonly coated by Pb-free finishing layer, but entirely are made fromPb-free alloy (e.g. SAC305, with melting point about 217°C) whilethe melting point of eutectic alloy Sn37Pb, contained in solderpaste, is about 183°C [1]. It is very difficult to form good qualitysolder joints by use standard Pb technology, which large part isbuilt from Pb-free solder alloy comes from component lead.Electronic componentsNowadays, the standard packages of BGA and CSP structureshave a pitch of leads in the range from 0.5 to 1.0 mm. In relationto that, it was assumed that the investigations will be madeusing that type components in two variants. Ones of them canbe defined as “dummy” components, while the other type is thefunctional components, used in real electronic systems. The typeof dummy components were used to realize preliminary tests andto verify the validity of the research assumptions. That componentshave internal connections net, called “Daisy-Chain”, whichin combination with connections net of PCB allow to measure theelectrical resistance of single solder joint. The basic properties ofselected for investigations multi-lead structures are presented inTable 1. All structures have Pb-free (SnAgCu) leads.Tab. 1 Właściwości elementów elektronicznych wytypowanych do badańTabl. 1. Properties of electronic components selected for investigationsType of structureNo. ofleadsPitch[mm]Diameter ofleads [mm]CSP84T. 5-DC123 dummy 84 0.5 0.31CSP132T. 5-DC145 dummy 132 0.5 0.31BGA676T1.0-DC269 dummy 676 1.0 0.63ADSP-BF561 SBBZ600 functional 297 1.0 0.60Protective coating of solder padsThe SMT assembly electronic process, especially of BGA andCSP structures, requires the planar surface of PCB’s solder padswhich should be covered by thin solderable layer to protect ofthem from oxidation. The good soldering of solder pads is thenecessary condition to allow good quality solder joints. The solderpads of Hi-Tech PCBs mostly are covered by Ni/Au, Ag orimmersion Sn thin layer [4]. In the investigations both Ni/Au andimmersion Sn protective coatings were used.Solder pasteOn the base of many years experience in leaded assembly processof multi-lead structures the solder paste marked with HM-1 RMA V16L (Sn62Pb36Ag2) from Almit company was chosen.This paste characterizes excellent printability, increased resistanceto balling and the low possibility to formation of the bridges.It has useful property in realized investigations which is the compatibilityin leaded assembly process with using both PCBs andcomponents in Pb-free version. Additionally, this paste is no-cleantype which is very important in case of BGA and CSP componentsassembly. The basic properties of chosen solder paste are publishedon the producer website (www.almit.com).Stencils for screen printingAs it was mentioned above, the solder joint made in mixed technologymainly is built from Pb-free solder alloy comes from leadof electronic component package. However, by the applying ofsuitable stencil it is possible to increase the content of leadedalloy even up to 50%. For differentiation of content of leaded alloyin solder joint the different thickness of stencil were used. Nowadays,in the screen printing process most commonly are usedthe steel stencils with thickness in the range from 75 to 125 µm.The thickness of stencil is selected as a function of location andsize of leads of all electronic components mounted on the PCB.It is known that in case of components which leads are locatedwith distance 200 µm or less, the thickness of stencil should beabout 100 µm. However, in case of leads located with distanceabout 250 µm or more, better is to use stencil with thickness about125 µm or even 150 µm [5]. On the base of type of selectedcomponents to assembly, during investigations the two thicknessof stencil 100 and 125 µm were used.The percentage content of leaded alloy in solder joint dependingon stencil thickness, for different electronic components, ispresented in Table 2.Elektronika 4/2012 21

Tabl. 2. Percentage content of leaded alloy in solder jointTab. 2. Procentowy udział ołowiowego stopu lutowniczego pasty w połączeniulutowanymType of structureStencilaperture[mm]Leaded solder alloy content[%]100 µm 125 µmCSP84T. 5-DC123 0.28 39.5 49.3CSP132T. 5-DC145 0.28 39.5 49.3BGA676T1.0-DC269 0.56 18.8 23.5ADSP-BF561 SBBZ600 0.48 16.0 20.0Soldering profilesGenerally, each manufacturer of solder paste offers the most optimalmelting profile of solder paste to create optimal conditionsfor the formation of solder joints with the highest possible quality.The real profile of solder paste melting depends on many factors,such as:– construction of PCB (shape and thermal capacity);– number and differentiation of assembled electronic components(type and package dimensions);– placement of components on the PCB.Moreover, the melting profile of solder paste in the same electronicpacket may be different, and usually it is, depending on thelocation on the PCB, which is related to the factors listed above.Therefore, the elaboration of solder paste melting profile, fora particular electronic packet, should be proceeded by the “initial”soldering with placed all electronic components, and additionallythermocouples located at the strategic points where it canbe expect the greatest differences in temperature-time course.Figure 1 shows location of thermocouples (T1÷T6) in functionalpacket signed 10xx_H_dsp6, which contains many different typesof assembled electronic components. That packet is a control unitdesigned in Tele and Radio Research Institute.leaded electronic components, and too high soldering temperaturecan damage the leaded electronic components. The first fromadditional profiles was signed as P2, and it was elaborated toachieve the temperature of spherical leads (measured by thermocoupleT6, Fig. 1) slightly higher than 217°C, which is equal tothe melting point of lead-free alloy (SAC305) used on electroniccomponent leads. It was assumed that in this case the maximummeasured temperature should not exceed 220°C. The second additionalprofile was elaborated to achieve temperature measuredby thermocouple T6 on the level about 225°C, and it was signedas P3. Figure 2 shows the elaborated profile P2, and Table 3summarizes the important parameters of elaborated profiles. Themost important parameter is soldering temperature measured byT6 thermocouple (presented in Table 3 in gray coloured row) locatedin spherical lead of BGA package, in central area of it.Temperature [°C]250.0200.0150.0100.050.00 120 240 360Time [s]Fig. 2. Soldering profile P2 of functional electronic packet assembledin mixed technologyRys. 2. Profil lutowania P2 funkcjonalnego pakietu elektronicznego montowanegow technologii mieszanejTabl. 3. Parameters of elaborated profiles P1, P2 and P3Tab. 3. Parametry opracowanych profili lutowania P1, P2 i P3T1T5T4T6ProfileParameterUnitP1 P2 P3Preheating temp. °C 118-122 170-172 185-186Soldering – temp. T1 | time °C | s 228 | 32 234 | 38 241 | 41Soldering – temp. T2 | time °C | s 234 | 37 232 | 38 238 | 44Soldering – temp. T3 | time °C | s 236 | 40 228 | 41 239 | 49Fig. 1. Location of thermocouples in functional electronic packetRys. 1. Rozmieszczenie termopar w funkcjonalnym pakiecie elektronicznym22T2TOP sideT3BOTTOM sideT1– near the edge of PCB; T2, T3 – near the corner of PCB;T4 – near the DIP component; T5 – on the BGA; T6 – in spherical lead of BGAAs the base point, the settings of reflow oven (VIP70 from BTUcompany) for typical leaded melting profile of chosen solder paste(HM-1 RMA V16L) were selected, and that profile was signed asP1. From the fact that in this specific case there are both leadedsolder paste and lead-free solder alloy from spherical leads ofcomponent package, the typical leaded melting profile may beinsufficient to create the uniform and reliable solder joints. Fromthis reason it was decided to elaborate two additional profiles,which will be something intermediate between typical profiles ofmelting leaded and lead-free solder paste. It was excluded toapply the standard lead-free profile because it is very probablethat in the same electronic packet there will be both lead-free andSoldering – temp. T4 | time °C | s 226 | 26 228 | 22 233 | 32Soldering – temp. T5 | time °C | s 227 | 29 225 | 22 234 | 48Soldering – temp. T6 | time °C | s 218 | 07 220 | 17 226 | 32Time to T maxs 210 240 211Cooling rate (measured at T6) °C/s 1.67 1.70 1.65In conclusion, it should be noticed that the investigations weremade using HM-1 RMA V16L (Sn62Pb36Ag2) solder paste andlead-free electronic components (presented in Table 1) assembledon PCBs with Ni/Au and immersion Sn protective coatingsof solder pads. Tests were made with all combinations of two thicknessof stencils (100 and 125 µm) and three soldering profiles(P1, P2 and P3). As a result 12 tests with three repetitions of eachwere made.ResultsAs the result of realized investigations the quality verification ofsolder joints was used. The solder joints of multi-lead structuresare very difficult to control because they are not visible directlyElektronika 4/2012

(except for the first outer row of leads), and all means of opticalcontrol can not be applied [1]. In this fact the useful method ofquality control is X-ray analysis.X-ray analysisThe X-ray analysis is non-destructive method and thanks to thatit is possible to control each electronic packet, without fear of damageof them [7]. The analysis was made using modern Nanome| X 180 NF X-ray equipment from Phoenix company. This unitallows observe of the object not only in one plane, but it is alsopossible to observe at different angles, up to 70 deg. It is especiallyimportant in relation to observations of spherical solder joints,because only then it is possible to make more complex analysisof solder joints quality including the settlement control of electroniccomponent after soldering process. The X-ray analysiswas made to evaluate the shape as well as to estimate the voidsvolume, which should not exceed 25% of solder joint volume[6]. Examples of X-ray analysis results are shown in Figure 3,together with an indication of characteristic properties. The ellipticaloutline of solder joints which can be observed in Figure 3bindicates that during the soldering process, a phenomenon of fullymelted spherical leads of package occurred, and the structurepackage settled on the PCB’s surface.ABconnections on layer 1 of PCBconnections on layer 2 of PCBDaisy-Chain connectionssolder jointsFig. 4. Topography of Daisy-Chain network in CSP132T. 5-DC145 packageand connections in test PCBRys. 4. Topografia sieci połączeń Daisy-Chain w obudowie CSP132T. 5-DC145 oraz sieć połączeń płytki obwodu drukowanegoanalysis of voids volume (voids indicated by arrows)inspection of structure settlingFig. 3. The X-ray photography of solder joints of CSP84T. 5-DC123packageRys. 3. Zdjęcie rentgenowskie połączeń lutowanych obudowyCSP84T. 5-DC123Typically, X-ray analysis is an appropriate tool to determinethe quality of solder joints, but in some cases such analysis maynot be sufficient. It can occur when the connection is poor qualityon the level of inter-metallic phases. Then it is desirable to useother control techniques. During investigations both the electricalresistance control and optical observations of cross-sections ofsolder joints were made.Electrical resistance of solder jointsIn order to accurate measure of solder joints electrical resistancethe test PCB was designed on which the electronic componentswith “Daisy-Chain” structure were assembled. The Figure 4 showsthe topography of the network connections of CSP132T. 5-DC145structure and the topography of the corresponding network connectionson a test PCB.The value of connection resistance has been used in thisstudy as one of the criteria for assessing the quality of solderjoints. The measurements were made using laboratory multimeterAgilent 34401A (6 1 / 2 digit resolution) in four-point mode.It should be noticed that the measured electrical resistancebetween points A and B (Fig. 4) does not determine resistanceof soldered joints directly. The measurement result is the sum ofthe resistance of solder joints as well as network of daisy-chainconnections, and also connections on the PCB. Knowing theproperties of the network connections on each conductive layerof PCB (length, width and thickness of the conductive paths;resistivity of the material from which paths are constructed– in this case Cu) allows theoretically calculate the electricalresistance of all PCB’s connections. In the measured circuitthere is also the electrical resistance of Daisy-Chain connections,but these connections are very low-ohmic made by themanufacturer of the electronic component, and final calculatingof their real resistance by measuring is very difficult. Therefore,in this work, the electrical resistance of single solder jointconventionally was recognized as a resistance compoundedfrom real solder joint resistance and Daisy-Chain connectionresistance. The measurements showed that the resistance ofa single solder joint is about 2–3 mΩ. Simultaneously, there wasnot observed any single faulty connection as well as excessiveincreased resistance. All results of measurements were comparable,which demonstrates the stable conditions for makingsoldering process.Optical observations of cross-sectionsUnfortunately, this is a destructive method, but this is the onlyway to solder joints quality verifying in the case of the developmentof new assembly technologies. It is also helpful methodto looking for notorious causes of defects generation in the alreadydeveloped technological processes. Some examples ofcross-sections of spherical solder joints formed with use differentsolder profiles (P1, P2 and P3), and differences betweenthem are presented in Figure 5.Elektronika 4/2012 23

BGA676CSP132CSP84Profile P1 Profile P2 Profile P3Fig. 5. Cross-sections photographs of spherical solder joints made with use different soldering profilesRys. 5. Fotografie zgładów metalograficznych połączeń lutowanych wykonanych przy zastosowaniu różnych profili lutowaniaThe irregular shape of solder joints which can be observedin case of solder profile P1 in Figure 5 indicates not fully meltingand mixing of solder alloy from spherical lead of structurewith solder alloy from solder paste, and that solder joints areunacceptable (especially in case of CSP132 with solder profileP1. However, the quality of solder joints is much better in caseof solder profile P2 and P3. The elliptical outline of solder jointsindicates that during the soldering process, a phenomenonof fully melted spherical leads of package occurred, and thestructure package settled on the PCB’s surface, mostly in caseof solder profile P3.Among other things, thanks to microscopic observationsof cross-sections some imperfections in assembly process offunctional structures in BGA297 package (sign. ADSP-BF561SBBZ600) were identified. Although recommended by manufacturerof BGA structure construction of solder pads, and also onthe base of investigations both PCB’s solder pads and their sizewere modified. Solder pads were changed from solder maskdefined (SMD) to non-solder mask defined (NSMD), and alsothe size of pads was slightly increased. The entered modificationsallowed increasing the surface of solder pads by 25% andthanks to this it was possible to achieve significant improvementin the formation of good quality solder joints. Described modificationsof solder pads and the corresponding photographs ofmetallographic cross-sections from solder joints schematicallyare shown in Figure 6.Long-term reliability testsThe quality of solder joints directly influences their reliability, whichwas verified by long-term environmental tests. Initially the functionalelectronic packets were tested for functionality, and then packetswere placed in climatic chamber. After that, the functionalityof packets was verified once again. Normally, the packets areoperated in extremely variable environmental conditions (e.g. ina mine in Siberia), and because of that the functionality of electronicpackets has been studied according to the scheme shownin Figure 7, given by the Center for the Application of Hardwarefrom Tele and Radio Research Institute, which is a designer andmanufacturer of functional unit. Full-time of thermal stresses testwas about 106 hours, and after that the packets were exposed todump-heat test (-40 ±2°C; 93 ±2% RH) for 250 hours.Temperature [ C]100806040200-20-40-60800 20 40 60 80 100 120Time [h]Fig. 7. Graph of environmental stresses testRys. 7. Wykres przebiegu długoczasowych narażeń klimatycznycha)b)Fig. 6. Modifications of solder pads for BGA297 assembly: a) schematicconstructions, b) cross-sections photographs of solder jointsRys. 6. Modyfikacja pól lutowniczych przeznaczonych do montażustruktury w obudowie BGA297: a) konstrukcja, b) fotografie zgładówmetalograficznych24The results of realized long-term reliability tests shows on thegood quality of solder joints formed in mixed assembly process.All verified functional units were characterized by a correct functionalityboth before and after environmental stresses.Influence of mixed assembly processparameters on quality of solder jointsThe realized investigations shows no significant influence on thequality of solder joints both protective coatings of solder pads(Ni/Au, immersion Sn), as well as solder paste content (stencilthickness). However, it was observed some influence of solderingprofile type. It should be noticed that the correct solder joints wereobtained using all three selected profiles (P1, P2 and P3), but thebest results were obtained in case of P2 and P3 profiles. SolderElektronika 4/2012

joints made under these conditions were characterized by themost regular shape (no wrinkled spherical surface), which indicatesto complete melting and mixing of the alloy contained in thesolder paste with the alloy from component leads. Moreover, thesesolder joints were characterized by a smallest amount of voids– less than 5%. In comparison, solder joins made with profile P1have voids about 7–9%.Because it is very possible to exist both leaded as well aslead-free components in the same electronic packet, it is recommendedto use soldering profile approximated to profile P2,where the maximum soldering temperature of the whole electronicpacket does not exceed 235°C. Simultaneously, the minimumtemperature of spherical leads soldering (for BGA or CSP)should be about 220°C or higher.Guidelines for mixed assembly processThe achieved results of realized investigations allows formattingthe guidelines for assembly of electronic packets in mixed technology.Below, in pointed form, the basic recommendations arecollected:– it is recommended to use leaded solder paste signed by symbolHM-1 RMA V16L (Sn62Pb36Ag2) from Almit company;– the soldering process can be made using PCB with any protectivecoating of solder pads (Ni/Au or immersion Sn), undercondition of guaranty of good solderability for the leaded technology;– if it possible the PCB should not consist in their design thesolder pads defined by solder mask;– the thickness of stencil for screen printing of solder paste mustbe compatible with the general recommendations for leadedassembly technology for whole-mounted electronic packet;– it is recommended to proceed to achieve temperature-timecourse corresponded with the proposed soldering profile P2(see Fig. 2).SummaryThe realized investigations allowed to elaborate of the main recommendationsto making mixed assembly process of electroniccomponents with hidden leads under the package. Long-term reliabilitytests have not shown the creation of solder joints defects.Selected leaded solder paste HM-1 RMA V16L (Sn62Pb36Ag2)from Almit company, despite applying the widely varying of solderingprofiles, very well fulfills its task for assembly both multileadstructures, as well as other electronic components used inSMT assembly.The Centre of Advanced Technologies has already realizedthe mixed assembly process of electronic devices for external customers(e.g.: Techlab2000; EDO Exclusive Digital Audio, MilitaryInstitute of Communication) and until now there were not observedany defects of solder joints of BGA and CSP packages.The scientific work funded from funds on the ITR statutory workin 2010 as the research project signed by No. 130-02430013.References[1] Bukat K., Hackiewicz H.: (2007). Lead-free Soldering., Wydawnictwobtc, ISBN 978-83-60233-25-2, Warszawa (in Polish).[2] Borecki J.: (2006). Manufacturing of high tech PCBs in Tele and RadioResearch Institute. Elektronika XLVII, 8/2006, 11–14 (in Polish).[3] RoHS and WEEE directives (http://www.rohs-weee.pl/index.php)[4] Kozioł G., Araźna A., Stęplewski W.: (2010). The Characteristics ofan Electroless Nickel/Immersion Gold Plated PWB Surface Finishand the Quality of BGA Solder Joints. Plating and Surface Finishing.97(1), 39–45.[5] Stęplewski W., Kozioł G., Borecki J.: (2008). Influence of stencil designand parameters of printing process on lead-free paste transferefficiency. XXXII International Conference of IMAPS – CPMT IEEEPoland, 21–24 September, Pułtusk, CD-ROM.[6] IPC-A-610 rev. D – Acceptability of Electronic Assemblies. (2004 November).[7] Kościelski M.: (2008). Usage of X-ray inspection for detecting solderingfailures. Elektronika XLIX, 3/2008, 88–89 (in Polish).Fabrication and properties of multilayer capacitorswith multicomponent ferroelectric dielectric(Wytwarzanie i właściwości wielowarstwowych kondensatorówz wieloskładnikowym ferroelektrycznym dielektrykiem)dr Jan Kulawik, dr inż. Dorota SzwagierczakInstytut Technologii Elektronowej, Oddział w KrakowieMultilayer ceramic capacitors can offer small size, high capacitance,stable temperature characteristics, high reliability and lowcost [1–8]. The successful attainment of these features is stronglydependent on applied dielectric materials.The MLCC structure manufactured in LTCC process consistsof alternate dielectric layers and metallic electrodes in parallelconfiguration. High dielectric constant, small thickness and largenumber of dielectric layers are factors determining high volumetricefficiency of a multilayer capacitor. The progress in tape castingand LTCC technology has made it possible to produce hundredsof very thin dielectric layers with a thickness diminished down to 3µm. The early dielectric formulations are based on BaTiO 3whichresulted in necessity of the use of expensive platinum or goldplatinum internal electrodes.Application of sintering aids lowering BaTiO 3firing temperaturedown to 1150°C allowed utilization of cheaper palladium-silverelectrodes. A further decrease in this temperature making possiblethe use of Ag electrodes requires excessive amounts offluxes and causes detrimental diminishing of dielectric constantof BaTiO 3ceramic.One of the best solutions overcoming these problems is theintroduction of relaxor compounds with perovskite structure anda general formula of Pb(B’B”)O 3(B’=Mg, Zn, Fe; B”=Nb, Ta, W).High and broad maxima of dielectric permittivity along with lowsintering temperature and ability to form thin layers are advantagesof capacitor dielectrics containing these materials.In this work the multicomponent composition of dielectricwas tailored to attain a few purposes determining processingconditions and desired properties of multilayer capacitors,such as:● low sintering temperature suitable for cofiring with cheap Agelectrodes● high permittivity near room temperature● low temperature coefficient of capacitance over a wide temperaturerange● high resistivity.Elektronika 4/2012 25

ExperimentalThe developed capacitor dielectric was a solid solution of fourrelaxors Pb(Mg 1/3Nb 2/3)O 3(PMN), Pb(Zn 1/3Nb 2/3)O 3(PZN), Pb(Fe 2/3W 1/3)O 3(ferroelectric BaTiO 3(BT), represented by the formula0.26PMN- PFW) and Pb(Fe 1/2Nb 1/2)O 3(PFN), and one normal0.26PZN-0.26PFW-0.14PFN-0.08BT. All relaxors were synthesizedby solid state reactions using two step columbite or wolframitemethods. The reaction products were ball milled for 8 h. Their phasecompositions were examined by a Philips X’Pert diffractometer.Tape casting technique was used to fabricate dielectric capacitorfoils. The slip for tape casting was prepared according to thecomposition given in Table.Composition of slip for tape casting of dielectric for multilayer capacitorSkład gęstwy do odlewania folii na dielektryk wielowarstwowego kondensatoraComponentContent (wt.%)0.26PMN-0.26PZN-0.26PFW-0.14PFN-0.08BTpowder 64.5Fig. 1. Green tape of PMN-PZN-PFW-PFN-BT capacitor dielectricRys. 1. Surowa folia PMN-PZN-PFW-PFN-BT na dielektryk wielowarstwowegokondensatoraPolyvinyl butyral 5.9Fish oil 0.6Polyetylene glycol 1.5Dibutyl phthalate 1.5Isopropyl alcohol 13.0Toluene 13.0The inorganic part of a slip was a previously ball milled muticomponentceramic powder. The organic part of the slip comprisespolyvinyl butyral as a binder (ceramic: binder = 10: 1), fishoil as a dispersant, polyethylene glycol and dibutyl phthalate asplasticizers (binder: plasticizers = 2: 1), toluene and isopropylalcohol as solvents. The inorganic and organic components ofthe slurry were mixed by ball milling for 4 h. Fabrication of greenfoils from this slip was performed by the use of a laboratory tapecaster (R.Mistler, TTC-1200). Doctor blade with 250 µm gap wasapplied to obtain a tape 50 µm thick. The tape was dried first atroom temperature for a few hours, and then at 50°C for 4 h.The LTCC process of fabrication of multilayer capacitors comprisedseveral operations such as cutting of green sheets, screenprinting of internal electrodes, stacking of dielectric layers, isostaticlamination, dicing into individual capacitors, deposition of outerterminations and cofiring.Green sheets and holes for positioning were cut using a laser(Oxford Laser, E-355-3-G-OA). Internal electrodes and terminationswere made of Du Pont Ag 6142D paste. Thirty greensheets with screen printed electrodes were stacked using a laboratorystacker and subsequently pressed isostatically in a laminator(Pacific Trinetics Corporation, IL 4008PC) under a pressureof 20 MPa at 60°C. After dicing into individual capacitors and depositionof terminations, cofiring of dielectric layers and electrodeswas performed in one common process. The applied firingprofile leads to slow burnout of organic components in the temperaturerange 80–460°C and cosintering of ceramic and electrodesat peak temperature of 850°C for 1 h.Impedance spectroscopic studies of the test capacitors werecarried out in the temperature range from -55 to 440°C at frequencies10 Hz – 2 MHz. Microstructure of the dielectric layers andtheir compatibility with Ag electrodes were studied using a scanningelectron microscope (FEI Company, Nova NanoSEM 200).Results and discussionThe obtained green dielectric tapes are smooth, flexible, with hightensile strength, without cracks, bubbles or inclusions (Fig. 1).The thickness of green tape is about 50 µm.26Fig. 2. SEM image of fractured cross-section of a sintered multilayercapacitor with PMN-PZN-PFW-PFN-BT dielectricRys. 2. Obraz z mikroskopu skaningowego przełamu wielowarstwowegokondensatora z dielektrykiem PMN-PZN-PFW-PFN-BT pospiekaniuFigures 2 illustrates the fractured cross-section of a multilayercapacitor. The dielectric 0.26PMN-0.26PZN-0.26PFW-0.14PFN-0.08BT layers are well sintered and their compatibility with theelectrodes made of Du Pont Ag 6142D paste is good.Figures 3 and 4 present the temperature and frequency dependencesof the capacitance of a sintered multilayer capacitorwith 30 dielectric layers 40 µm thick and with an active electrodesurface area of 120 mm 2 . The multilayer ceramic capacitorsexhibit high capacitances reaching 1 µF. There are two high andbroad maxima in the temperature dependence of dielectric permittivity(Fig. 3).The first peak is related to the diffuse transition at 40°C and thesecond one, which occurs in the temperature range 190…440°Cand shifts towards higher temperatures with increasing frequency,is attributed to dielectric relaxation.In Fig. 5 the temperature coefficient of capacitance(TCC = 100%(C T-C 20°C)/C 20°C) is depicted in the temperaturerange from -55 to 130°C. In the frequency range 10 Hz-1 MHzand in the temperature range from -20 to 110°C the TCC valuesare relatively low within the range from -20% to +10%.In Fig. 6 the dissipation factor at 20°C is plotted as a functionof frequency. The tanδ value is low (below 0.01) in a frequencyrange of 10 2 –10 5 Hz.The resistivity of the multilayer capacitors exceeds 10 9 Ωcmat 20°C. Breakdown voltage of a capacitor dielectric layer washigher than 400 V.Elektronika 4/2012

Capacitance (nF)1600120080040010 Hz100 Hz1 kHz10 kHz100 kHz1 MHzDissipation factor0.040.030.020.0120°C0-60 40 140 240 340 440Temperature (°C)Fig. 3. Temperature dependence of the capacitance for a multilayercapacitor with PMN-PZN-PFW-PFN-BT dielectric at 10 Hz–1 MHzRys. 3. Temperaturowa zależność pojemności wielowarstwowegokondensatora z dielektrykiem PMN-PZN-PFW-PFN-BT dla częstotliwości10 Hz–1 MHzlog [C(nF)]3.23.02.82.62.4-55 0°C20°C 50°C2.2 100°C 150°C200°C 250°C300°C 350°C2.01 2 3 4 5 6log [f(Hz)]Fig. 4. Frequency dependence of the capacitance (C) for a multilayercapacitor with PMN-PZN-PFW-PFN-BT dielectric in the temperaturerange from -55 to 350°CRys. 4. Zależność pojemności (C) od częstotliwości dla wielowarstwowegokondensatora z dielektrykiem PMN-PZN-PFW-PFN-BTw zakresie temperatur od -55 do 350°CTCC (%)40200-2010 Hz100 Hz1 kHz10 kHz100 kHz1 MHz-40-60 -20 20 60 100Temperature (°C)Fig. 5. Temperature coefficient of capacitance (TCC) for a multilayercapacitor with PMN-PZN-PFW-PFN-BT dielectric in the temperaturerange from -55 to 130°CRys. 5. Temperaturowy współczynnik pojemności (TCC) wielowarstwowegokondensatora z dielektrykiem PMN-PZN-PFW-PFN-BTw zakresie temperatur od -55 do 130°C0.001 2 3 4 5 6log [f(Hz)]Fig. 6. Frequency dependence of dissipation factor of a multilayercapacitor with PMN-PZN-PFW-PFN-BT dielectric at 20°CRys. 6. Zależność współczynnika strat od częstotliwości dla wielowarstwowegokondensatora z dielektrykiem PMN-PZN-PFW-PFN-BTw temperaturze 20°CThe developed complex composition for dielectric of multilayercapacitors has been carefully designed. The combination of relaxorswhich show low transition temperatures (Pb(Mg 1/3Nb 2/3)O 3and Pb(Fe 2/3W 1/3)O 3) with the relaxors and a normal ferroelectricexhibiting higher transition temperatures (Pb(Zn 1/3Nb 2/3)O 3,Pb(Fe 1/2Nb 1/2)O 3and BaTiO 3) has resulted in a broad maximumof dielectric permittivity near room temperature. A low sinteringtemperature enabling cofiring with Ag electrodes at 850°C wasachieved owing to the presence of PFW relaxor. The resistivitywas enhanced by the components, such as PMN and PZN, beinggood insulators, as well as due to an MnO 2addition to PFW andPFN relaxors in order to compensate excessive charge carriers.ConclusionsThe developed new multicomponent relaxor-ferroelectric compositionwas successfully used for tape casting of green dielectric foilsand subsequently applied for fabrication of multilayer capacitors.The obtained MLCCs exhibit low sintering temperature, good compatibilityof dielectric layers with Ag electrodes, high capacitance,low temperature coefficient of capacitance and high resistivity.The work has been financed by the Polish National Centre forResearch and Development under the Eureka project E!4570-IPCTECH.References[1] Shrout T.R., Dougherty J.P.: Lead Based Pb(B 1B 2)O 3Relaxors vsBaTiO 3Dielectrics for Multilayer Capacitors. Ceramic Transactions,Ceramic Dielectrics: Composition, Processing, and Properties, AmericanCeramic Society, Columbus, OH, Vol. 8, 1990, pp. 3–19.[2] Sakabe Y.: Multilayer ceramic capacitors. Curr. Opin. Solid StateMater. Sci., Vol. 2, No 5, 1997, pp. 584–587.[3] Furukawa O., Harata M., Imai M., Yamashita Y.: Low firing high dielectricconstant X7R ceramic dielectric for multilayer capacitorsbased on relaxor and barium titanate composite. J. Mater. Sci., Vol.26, 1991, pp. 5838–5842.[4] Tavernor A.W., Li H.P.S.: Stevens R., Production and Characterizationof Composite Relaxor Ferroelectric Multilayer Structures. J. Eur.Ceram. Soc., Vol. 19, 1999, pp. 1859–1863.[5] Kishi H., Mizuno Y., Chazono H.: Base-Metal Electrode-MultilayerCeramic Capacitors: Past, Present and Future Perspectives. Jpn. J.Appl. Phys., Vol. 42, 2003, pp.1–15.[6] Yoon D.H., Lee B.I.: Processing of barium titanate tapes with differentbinders for MLCC applications – Part I: Optimization using design ofexperiments. J. Eur. Ceram. Soc., Vol. 24, 2004, pp. 739–752.[7] Yoon D.H., Lee B.I.: Processing of barium titanate tapes with differentbinders for MLCC applications – Part II: Comparison of the properties.J. Eur. Ceram. Soc., Vol. 24, 2004, pp. 753–761.[8] Hyun K.H., Lee S., Cho C.W., Paik U., Kim D.H., Na E.S., Park J.G.:Improvement in the volume efficiency of multilayered ceramic capacitors(MLCCs). J. Electroceram., Vol. 17, 2006, pp. 351–354.Elektronika 4/2012 27

Termoelektryczne, konduktometryczne i optyczne badaniagazoczułej cienkiej warstwy TiO 2:(V, Ta)(Thermoelectrical, conductometrical and optical studiesof gas sensing TiO 2:(V, Ta) thin films)mgr inż. Eugeniusz Prociów, mgr inż. Michał Mazur, dr hab. inż. Jarosław Domaradzki,mgr. inż. Damian Wojcieszak, prof. dr hab. inż. Danuta Kaczmarek,mgr inż. Karolina Sieradzka, mgr inż. Łukasz FranczykWroclaw University of Technology, Faculty of Microsystem Electronics and PhotonicsDetection of flammable and exhaust gases is a subject of growingimportance both in energy-saving and environmental protectionindustry [1]. Due to simple operation principle, low cost, small sizeand good compatibility with standard microelectronic processingof semiconducting metal oxide gas sensors, tremendous effortshave been devoted recently to develop such sensor for applicationin toxic gas detection, air quality management and environmentalmonitoring [2–6]. Compared with optical sensors and electrochemicalsensors, metal oxide gas sensors have good sensitivity tosome relevant gases like CO, NO x, H 2and hydrocarbons [7], butpossess relatively low selectivity to a specific target gas [8]. Obviously,selection of the thin film composition is related to detectedgas, however SnO 2[9, 10], ZnO [11, 12], WO 3[13, 14] and TiO 2[15, 16] are the most frequently used thin films in gas sensing.Increase of the TiO 2thin film sensors selectivity can be obtainedby decrease of the crystallite size. In such case, active surfacearea of the coating is increased, which results in larger adsorptionof the gas particles [17]. Also, it can be obtained by selective dopingof TiO 2with different dopants, but incorporation of too muchamount of dopant can cause increase of resistance, which will simultaneouslydeteriorate the gas detection selectivity.There are two main measurement methods used in gas sensing.The most common is conductometrical, which is based onmeasurement of a change of electrical resistance. The value ofresistance is directly dependent on carrier concentration andit changes in the presence of detected gases. The most importantparameters of gas sensors are response and recovery time.Response of the sensing layer is the time required from the initialcontact with the gas to 90% of the output signal [18–20]. Similarly,recovery of the sensing layer is the time required for changeof the output signal to 10% of its initial value.In this work the difference between conductometric and thermoelectricmeasurement method, in view of response and recoverytime is shown. Also optical response on alcohol excitation hasbeen shown.Experimental detailsThin oxide films were deposited on Corning 7059 glass substratesusing Low Pressure Hot Target Reactive Sputtering(LPHTRS) method [21]. TiO 2:(V, Ta) thin films were fabricatedat the working chamber pressure of 10 -3 mbar in mixed argon– oxygen atmosphere. Doping of the TiO 2matrix was obtainedby co-sputtering of the vanadium and tantalum sheets placedonto titanium target. During deposition process, substrateswere additionally heated up to 560–590K. TiO 2:(V, Ta) thin filmswere aged at temperature of 773K for two minutes. Thicknessof the thin film was determined by Taylor Hobson Tally SurfCCI Lite optical profilometer and was equal to 910 nm. Contactlayers were deposited from NiCrSi target in pure argon atmosphere,using magnetron sputtering method. After this process,additional evaporation of thin silver layer on NiCrSi contactswas done.28Optical properties of thin films can be modified by changingsuch parameters as temperature, electric field or composition ofgas atmosphere. In this work the change of transparency levelof thin films in isopropyl alcohol atmosphere has been investigatedas a gasochromic effect. Gasochromism is a reversiblechemical process, which takes place when material transparencyis changed in the presence of defined gas. Level of transparencychange (∆T λ) depends on material composition and it occursin defined temperature. The light from illuminator incidentthe sample and spectrophotometers measures the intensityof light passing through the sample. Light transmission factor(T λ) can be calculated from following equation:where: I T– light passing through the sample, I 0– light from theilluminator.ResultsResponse and recovery times, for isopropanol excitation ofTiO 2:(V, Ta) thin film gas sensor for conductometrical and thermoelectrocalmethods have been compared. During the measurement,the droplet of isopropyl alcohol was evaporated near tothe sample. Response and recovery times in conductometricalmethod have been presented in Fig. 1.As it can be seen from graphs above, in the presence of isopropanolthe resistance of the investigated thin film has decreased.The selectivity and resistance values in an ambient air andisopropyl alcohol atmosphere are summarized in Table 1. Theresponse for isopropanol excitation was fast and equal to about0.32 s; however, the recovery time after isopropanol excitationwas very long and lasts for 217 s.Tab. 1. Wartości rezystancji oraz selektywność gazoczułych cienkichwarstw TiO 2:(V, Ta) w otoczeniu powietrza i przy pobudzeniu parami alkoholuizopropylowegoTabl. 1. Resistance values and selectivity of gas sensing TiO 2:(V, Ta) thinfilm in an ambient air and in presence of isopropanolThin filmResistance inambient airR a(kΩ)IT(%)= ITλ⋅100%0Resistancein isopropanol presenceR i(kΩ)SelectivityS = R a/R iTiO 2:(V, Ta) 51.91 10.31 5.0In case of thermoelectrical method, results are shown in Fig. 2.Response and recovery times are shorter than in case of conductometricalmethod. Especially the recovery time in thermoelectricalmethod is much shorter and equal to 2.12 s.Response times are shorter than 1 s in case of both measurementmethods. However the recovery time in conductometricalmethod is unacceptable in case of gas sensing.Elektronika 4/2012

a) b)10pyl alcohol was evaporated near to the sample. Responseical method have been presented in Fig. 1.a) 601011,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0Using thermoelectrical 0 50 method, 100response 150 time 200 of 0.11 s andrecovery time 50Time (s)of 2.12 s are short Time and (s) useful in case of use in50real application. Exact results of response and recovery timesRys.b)1. Czas odpowiedzi (a) oraz odtrucia (b) gazoczuychforcienkichboth methodswarstware compared in Table 2.40 TiO 2 :(V, Ta) przy pobudzeniu parami40alkoholu izopropylowego dla metody konduktometrycznejTabl. 2. Comparison of response and recovery time of gas sensing TiO 2:(V, Ta)Fig. 1. Response (a) and recovery (b) time of TiO 2 :(V, Ta) thin oxide film gas sensor for isopropanol excitation in50thin film for conductometrical and thermoelectrical methodconductometrical 30 method30Tab. 2. Porównanie czasów odpowiedzi i odtrucia gazoczułych cienkichwarstw TiO 2:(V, Ta) dla metody konduktometrycznej oraz termoelektrycznej20 4020TiO 2:(V, Ta)Resistance (kΩ) Resistance (kΩ)yl alcohol was As evaporated it can be near seen to from the sample. graphs above, Response in the presence of isopropanol the resistance of theal method have investigated been presented thin film in Fig. has decreased. 1. The selectivity and resistance values in an ambient air1030response time τ 10.32 sConductometrical 10methodand isopropyl 11,0 11,5 alcohol 12,0 12,5 atmosphere 13,0 13,5 are 14,0 summarized in Table 0 1. 50 recoveryThe responsetime 100τ 1502for isopropanol217 200 sb) excitation 20 was fast Time and (s) equal to about 0.32 s; however, the recovery Time time (s) after isopropanolresponse time τ 10.11 sb) excitation was very long and lasts for 217 s. Thermoelectrical methodRys. 1. Czas odpowiedzi (a) oraz odtrucia (b) gazoczuych cienkich warstw TiOrecovery 2 :(V, Ta) time przy τ 2pobudzeniu 2.12 parami s5010,0 alkoholu 0 izopropylowego 50 100dla metody 150 konduktometrycznej200Tab. Fig. 1. Response Wartości rezystancji (a) and Time recovery oraz (s) selektywność (b) time of TiO gazoczułych 2 :(V, Ta) thin cienkich oxide warstw film gas TiO sensor 2 :(V, Ta) for isopropanol w otoczeniu excitation powietrza in i przypobudzeniuInfluence of temperature and gas atmosphere on tramissitancecharacteristics of TiO 2conductometrical 40 parami alkoholu method izopropylowego: (V,Ta) thin film after annealinggazoczuych cienkich Tabl. 1. warstw Resistance TiO 2values :(V, Ta) and przy selectivity pobudzeniu of gas parami sensing TiO 2 :(V, Ta) thin film in an ambient air and presence of isopropanolat 350°C has been shown in Fig. 3. Heat treatment at 350°Ctometrycznej30Resistance in and isopropanol Resistance presence iniOhave caused the meaningful decrease,isopropanol ca.10%, presence of thin film S transparency = R in comparison to the2 :(V, Ta) thin oxide film gas sensor for isopropanol excitation inSelectivityThin film ambient airR a (kΩ) same sample R i (kΩ)a /R iannealed in air. Response and recovery times of20investigated thin film gas sensor were immediately observedTiO 2 :(V, Ta) 51.91 after exposal 10.31 to isopropyl alcohol. 5.0Resistance (kΩ)As it can be seen from graphs above, in the presence of isopropanol the resistance of theinvestigated thin film has decreased. The selectivity and resistance values in an ambient airand isopropyl alcohol atmosphere are summarized in Table 1. The response for isopropanolbove, in the presence of isopropanol the resistance of thed. The selectivity excitation10was fast and equal to about 0.32 s; however, the recovery time after isopropanol0and resistance50 100values150in an200ambient airre summarized excitation was very long and lasts for 217 s.In in case Table of 1. thermoelectrical The Time response (s) for method, isopropanol40results are shown in Fig. TiO 2. 2:(V, Response Ta) annealed and at 350recoveryo C in:out 0.32 Fig. s; 1.zoczuych cienkichtimes however, ResponseTab. warstw 1.are(a)Wartościshorter the and recoveryTiO 2 :(V, rezystancji Ta)than(b)przy pobudzeniuin timeorazcaseof after TiOselektywnośćof 2:(V, isopropanolparamiconductometricalTa) thin oxidefilm gas sensor for isopropanol excitation in conductometricali przygazoczułych cienkichmethod.warstwEspecially an ambientTiO 2 :(V, Ta)thew otoczeniurecovery airpowietrzatime inmetrycznej r 217 s.isopropanol presencemethod thermoelectrical pobudzeniu parami alkoholu method izopropylowego is much shorter and equal 30 to 2.12 s.2:(V, Ta) thin Rys. oxide 1. Tabl. Czas film 1. odpowiedzi Resistance gas sensor (a) values oraz for isopropanol odtrucia and selectivity (b) gazoczułych excitation of gas in cienkich sensing TiO 2 :(V, Ta) thin film in an ambient air and in presence of isopropanolwarstw TiOć gazoczułych cienkich 2:(V, Ta) przy pobudzeniu parami alkoholu izopropylowegodla a) metody konduktometrycznejwarstw TiO 2 :(V, Ta) w otoczeniu powietrza i przyResistance in b) Resistance inSelectivityThin film ambient air 20sensing TiO isopropanol presenceS = RR a (kΩ)R i (kΩ)a /Rove, in the2 :(V, Ta) thin film in an ambient air and presence of isopropanola) presence 100 of isopropanol the resistance of the100isistance in Resistance inT = 10%bientTheairselectivityisopropanol 90andpresenceresistance Selectivity values in an ambient airTiO 2 :(V, Ta) 51.91 90S = R 10.31 5.0R a (kΩ)R i (kΩ)a /R i10e summarized in Table 1. The response for isopropanol8080ut 0.32 s; however, the recovery time after isopropanol51.91 10.31 5.0217 s. In 70 case of thermoelectrical method, results 0 are 70shown in Fig. 2. Response and recovery400 500 600 700 800 900times 60 are shorter than in case of conductometrical method. Especially the recovery time inhod, gazoczułych results cienkich are shown warstw in TiOthermoelectrical 2Fig. :(V, Ta) 2. w Response otoczeniu powietrza and recovery60i przyWavelength (nm)method is much shorter and equal to 2.12 s.onductometrical 50 method. Especially the recovery time innsing TiO 2 :(V, Ta) thin film in an ambient air and in presence of isopropanol50Fig. 3. Influence of temperature and gas atmosphere on transmissionorter and equal to 2.12 s.tance inient aira (kΩ)a)40characteristicsResistance inb)of TiO 2:(V, Ta) thin film after annealing at 350°C172,0 172,1 Selectivity 172,2 172,3 172,4 172,5Rys. 3. Wpływ 40 temperatury oraz pobudzenia parami alkoholu izopropylowegona charakterystyki 172 173 transmisji 174 175cienkich 176 warstw 177 TiOisopropanol presenceb) R 100S = Ri (kΩ)Time a /R 2:(V, Ta)i(s)w temperaturze 100 350°C Time (s)901.91b) 10010.31 5.0U (mV) U (mV)90 80od, results are shown 80 70 in Fig. 2. Response and recoverynductometrical method. Especially the recovery time in70 60rter and equal to 2.12 s.72,5b)ReU (mV)60 5050 40100 172,0 172,1 172,2 172,3 172,4 172,540172 173 174 Time 175(s)176 17790Time (s)80Fig. 2. Response (a) and recvery (b) time of TiO 2:(V, Ta) thin oxide filmgas sensor for isopropanol excitation in thermoelectrical methodRys. 2. Czas 70odpowiedzi (a) oraz odtrucia (b) gazoczułych cienkichwarstw TiO 2:(V, Ta) przy pobudzeniu parami alkoholu izopropylowegodla metody 60 termoelektrycznejU (mV)20Elektronika504/2012 29Transmittance (%)ReU (mV)20Resistance (kΩ)90Conclusions80In this work TiO 2:(V, Ta) thin films were prepared using LowPressure Hot Target 70 Reactive Sputtering. Thin films were depositedon Corning 7059 substrates and the thickness of coatingswas 910 nm. 60Two methods of measurements, conductometrical and thermoelectrical,have 50 been compared. Response and recovery timesof isopropanol excitation of the thin film, have been estimated.In case of 40 thermoelectrical method, recovery time was muchshorter than in case 172of conductometrical 173 174 175one. 176 Response 177 timesof gas sensing TiO 2:(V, Ta) layer Time was similar (s) in both methods.For investigated thin film also the change of transparency wasobserved in the presence of isopropyl alcohol.U (mV)This work was financed from the sources given by the NCN inthe years 2011–2013 as a development research project numberN N515 4963 40.,540172 173 174 175 176 177Time (s)

References[1] Zhang M., Yuan Z., Song J., Zheng C.: (2010). Improvement andmechanism for the fast response of a Pt/TiO 2gas sensor. Sensorsand Actuators B: Chemical, 148, 87–92.[2] Korotcenkov G.: (2005). Gas response control through structural andchemical modification of metal oxide films: State of the art and approaches,Sensors and Actuators B: Chemical, 107, 209–232.[3] Yamazoe N.: (2005). Toward innovations of gas sensor technology,Sensors and Actuators B: Chemical, 108, 2–14.[4] Barsan N., Koziej D., Weimar U.: (2007). Metal oxide-based gas sensorresearch: how to?, Sensors and Actuators B: Chemical, 121, 18–35.[5] Huang X.J., Choi Y.K.: (2007). Chemical sensors based on nanostructuredmaterials, Sensors and Actuators B: Chemical, 122, 659–671.[6] Yamazoe N., Shimanoe K.: (2009). New perspectives of gas sensortechnology, Sensors and Actuators B: Chemical, 138, 100–107.[7] Lee J.H.: (2009). Gas sensors using hierarchical and hollow oxide nanostructures:overview, Sensors and Actuators B: Chemical, 140, 319–336.[8] Simon I., Bârsan N., Bauer M., Weimar U.: (2001). Micromachinedmetal oxide gas sensors:opportunities to improve sensor performance,Sensors and Actuators B: Chemical, 73, 1–26.[9] Jianwei G., Quanfang C., Ming-Ren L., Nen-Chin L., Stevenson G.,Fatos A.: (2006). Micromachined nanocrystalline silver doped SnO 2H 2S sensor, Sensors and Actuators B: Chemical, 114, 32–39.[10] Yakuphanoglu F.: (2009). Electrical conductivity, Seebeck coefficientand optical properties of SnO 2film deposited on ITO by dip coating,Journal of Alloys and Compounds, 470, 55–59.[11] Chou S. M., Teoh L. G., Lai W. H., Su Y. H., Hon M. H.: (2006). ZnO:Al Thin Film Gas Sensor for Detection of Ethanol Vapor, Sensors, 6,1420-1427.[12] Sahaya P.P., Nath R.K. (2008). Al-doped ZnO thin films as methanolsensors, Sensors and Actuators B: Chemical, 134, 654–659.[13] Lee D. S., Nam K. H., Lee D.: (2000). Effect of substrate on NO 2-sensing properties of WO 3thin film gas sensors, Thin Solid Films,375, 142–146.[14] Teoh L.G., Hona Y.M., Shieh J., Lai W.H.,. Hon M.H.: (2003). Sensitivityproperties of a novel NO 2gas sensor based on mesoporousWO 3thin film, Sensors and Actuators B: Chemical, 96, 219–225.[15] Afifi M.A., Abdel-Aziz M.M., Yahia I.S., Fadel M., Wahab L.A.: (2008).Transport properties of polycrystalline TiO 2and Ti 2O 3as semiconductingoxides, Journal of Alloys and Compounds, 455, 92–97.[16] Karunagaran B., Uthirakumar Periyayya, Chung S.J., Velumani S.,Suh E.-K.: (2007). TiO 2thin film gas sensor for monitoring ammonia,Materials Characterization, 58, 680–684.[17] Chang J.F., Kuo H.H., Leu I.C., Hon M.H.: (2002). The effects ofthickness and operation temperature on ZnO:Al thin film CO gas sensor,Sensors and Actuators B: Chemical, 84, 258–264.[18] Min C. S., Gaik T. L., Hao L. W., Hsun S. Y., Hsiung H. M.: (2006).ZnO:Al Thin Film Gas Sensor for Detection of Ethanol Vapor, Sensors,6, 1420–1427.[19] Srivastava J. K., Pandey P., Mishra V. N., Dwivedi R.: (2009). Sensingmechanism of Pd-doped SnO 2sensor for LPG detection, SolidState Sciences, 11, 1602–1605.[20] Patel N. G., Patel P. D., Vaishnav V. S.: (2003). Indium tin oxide (ITO)thin film gas sensor for detection of methanol at room temperature,Sensors and Actuators B: Chemical, 96, 180–189.[21] Prociów E., Domaradzki J., Kaczmarek D., Berlicki T.: Polish patent,2006, No P 379 365.Konsolidacja Bumaru wspierana przez IBM23 lutego br. odbyła się w Warszawie konferencja prasowa, naktórej poinformowano o wdrożeniu w Grupie Bumar systemuzintegrowanego zarządzania – SAP ERP. System zarządzaniaprzygotowany przez firmę IBM dotyczy obszarów rachunkowościfinansowej i zarządzania.Grupie Bumar jest głównym dostawcą i eksporterem uzbrojeniai sprzętu wojskowego produkowanego przez polski przemysłobronny. Obejmuje 22 spółki produkcyjne i handlowe polskiegosektora przemysłu zbrojeniowego wytwarzającego amunicję,urządzenia radarowe, sprzęt rakietowy i broń pancernąoraz spółki sektora maszyn budowlanych i rolniczych. Od wielulat Bumar utrzymuje pozycję lidera na międzynarodowym rynkusprzętu zbrojeniowego, maszyn budowlanych, górniczychi transportowo-przeładunkowych. Dostarczyła sprzęt i usługi doponad 40 krajów z Europy, Afryki, Dalekiego Wschodu, AmerykiPołudniowej i do Stanów Zjednoczonych wygrywając wiele międzynarodowychprzetargów.Grupa Bumar powstała w 2002 r., przeszła gruntowną restrukturyzacjęi wdraża nową strategię rozwoju, która zostałazapisana w rządowej strategii konsolidacji i wspierania rozwojupolskiego przemysłu obronnego w latach 2007–2012. Niezbędnebyło zastosowanie narzędzi informatycznych, które umożliwiajązbieranie danych o kosztach, zasobach i finansach orazwspierają zarządzanie produkcją.Nowa struktura wymagała wsparcia informatycznego.Wdrożenie rozpoczęto w roku 2009. W pierwszej kolejnościzajęto się częścią finansowo-księgową systemu, następnieczęścią logistyczną, handlową, zarządzania funduszamii przedsięwzięciami. Prace wdrożeniowe powierzono zespołowikonsultantów z firmy IBM Global Business Services, którybył odpowiedzialny za wprowadzenie systemu zintegrowanegozarządzania – SAP ERP w Bumar Sp z o.o Oprogramowanieto może być stosowane jako podstawowe oprogramowaniebiznesowe w dużych i średnich organizacjach wszystkichbranż i sektorów.Pojęcie ERP (Enterprise Resource Planning), bywa równieżtłumaczone przez producentów, jako zaawansowane zarządzaniezasobami, określa klasę systemów informatycznychsłużących wspomaganiu zarządzania przedsiębiorstwem lubwspółdziałania grupy współpracujących ze sobą przedsiębiorstw,poprzez gromadzenie danych oraz umożliwienie wykonywaniaoperacji na zebranych danych. Wspomaganie to możeobejmować wszystkie lub część szczebli zarządzania i ułatwiaoptymalizację wykorzystania zasobów przedsiębiorstwa orazzachodzących w nim procesów. Systemy ERP są oprogramowaniemmodułowym, tj. składają się z niezależnych od siebiechoć współpracujących ze sobą aplikacji i są zaliczane do klasyzintegrowanych systemów informatycznych.IBM współpracuje od wielu lat z firmą Bumar, aktywnie działającąw polskim sektorze przemysłu lotniczego i obronnego,oferującą swoje usługi i produkty wykorzystując swoje doświadczenieglobalnej współpracy ze światowymi liderami tego sektora.Współpraca z takimi firmami jak Lockheed Martin, UnitedTechnologies Corporation czy EADS umożliwia przeniesienie doświadczeńbranżowych na sektor gospodarki, który z założeniajest rynkiem o zasięgu globalnym.„System zintegrowanego zarządzania – SAP ERP jest sprawdzonymna rynku narzędziem do obsługi finansowej przedsiębiorstwa.Jest wykorzystywany w zdecydowanej większości (>95%)firm zbrojeniowych na świecie” – powiedziała Anna Sieńko, dyrektoroddzialu IBM obejmującego swym zasięgiem Polskę i krajebałtyckie. (cr)30Elektronika 4/2012

Metody analizy parametrów roboczych detektora punkturosy typu MEMSmgr inż. Roman Iwaszko, prof. dr hab. inż. Ryszard JachowiczPolitechnika Warszawska, Instytut Systemów ElektronicznychPółprzewodnikowy detektor punktu rosy typu MEMS jest zintegrowanymczujnikiem umożliwiającym pomiar wilgotności bezwzględnejgazu w sposób zgodny z definicją tego parametru. W odróżnieniuod klasycznych higrometrów z detektorem optycznym,w higrometrze z detektorem półprzewodnikowym wykorzystywanajest zależność parametrów elektrycznych detektora od ilościmolekuł wody kondensującej na jego powierzchni. Parametrywypadkowe detektora, jakie ulegają zmianie wraz z pojawianiemsię nowych warstw wody to wypadkowe wartości rezystancji równoległejR pi pojemności równoległej C poraz moduł impedancji |Z|,będący wypadkową poprzednich dwóch wielkości. W rzeczywistościkażda z wymienionych wielkości jest elementem zastępczymsystemu linii transmisyjnych R iC io stałych rozłożonych, którychparametry zależą od ilości molekuł wody i rodzaju ich rozłożeniana powierzchni detektora [1], [2]. Znajomość zależności wymienionychwielkości od ilości wody na powierzchni lustra pozwalana określenie progu detekcji, a tym samym na określenie istotnegoczynnika mającego wpływ na dokładność pomiaru wilgotnościgazu. Problem jaki pojawia się w trakcie pomiaru wilgotności z wykorzystaniemopisywanego detektora, to wybór odpowiedniegoprogu detekcji, to jest wartości C p, R plub |Z| dla których zmierzonatemperatura powierzchni detektora jest temperaturą punktu rosy.Konstrukcja detektora typu MEMS i jegozasada pracyDetektory punktu rosy typu MEMS [3] zaprojektowano w ZespoleMikrosystemów i Czujników Pomiarowych Politechniki Warszawskiej,a wykonano w Instytucie Technologii Elektronowej na podłożukrzemowym z dwiema warstwami metalizacji (rys. 1).Rys.1. Przekrój przez strukturę detektora MEMSFig 1. MEMS detector cross-sectionRys. 2. Widok poszczególnych warstw metalizacji detektora punkturosy: a) geometria grzejnika (linie grube) i termorezystora (linie cienkie),b) geometria detektora molekuł wody (system elektrod grzebieniowych)Fig. 2. Separate metalization layers of MEMS detector: a) heater(fatline) and thermoresistor (thin line), b) water molecules detector ( interdigitatedelectrodes)Na drugiej warstwie metalizacji (rys. 2) znajduje się detektorw postaci kondensatora grzebieniowego. Bezpośrednio pod detektorem,na pierwszej warstwie metalizacji, umieszczono termorezystorplatynowy wraz z grzejnikiem. Zarówno w przypadkukondensatora, jak i termorezystora oraz grzejnika liczba kontaktówzostała zwielokrotniona w celu zwiększenia niezawodnościcałego systemu. Tak wykonany mikrosystem został umieszczonyna elastycznym obwodzie drukowanym techniką flip-chip.Idea pomiaru temperatury punktu rosy z wykorzystaniemopisanego detektora nie różni się zbytnio od pomiaru z wykorzystaniemdetektora optycznego. Powierzchnia kondensatorapalczastego (lustra) schładzana jest za pomocą ogniwa Peltiera,co powoduje kondensację molekuł wody na lustrze w momencieosiągnięcia temperatury punktu rosy (stan nasycenia). Jednocześniesą monitorowane parametry elektryczne detektora. Gdypojemność (modułu impedancji) przekroczy wartość progową,mierzona jest temperatura lustra za pomocą zintegrowanegotermorezystorea, położonego około 1 µm poniżej powierzchnidetektora. Jest to temperatura punktu rosy. Dalsze schładzaniedetektora doprowadziłoby do jego zawilgocenia, dlatego też nadmiarwody jest odparowywany przez bardzo szybkie, impulsowepodgrzanie powierzchni lustra za pomocą grzejnika. Szybkośćz jaką jest odparowana woda z detektora i ponowne jego schłodzeniedeterminuje minimalny czas pomiaru, natomiast amplitudaprzesterowań temperatury detektora określa zakres niepewnościpomiaru wilgotności. Ze względu na niewielkie rozmiary i masęElektronika 4/2012 31

detektora MEMS, bezwładność układu jest niewielka w stosunkudo tradycyjnego detektora z lustrem metalowym, przez co możliwyjest bardzo szybki pomiar temperatury punktu rosy (kilka pomiarówna sekundę).Stanowisko pomiaroweDo określenia parametrów elektrycznych detektora w funkcjitemperatury punktu rosy konieczne było zestawienie specjalistycznegostanowiska pomiarowego (rys. 3). Badany detektorumieszcza się w szczelnie zamkniętej komorze pomiarowej,do której doprowadzony jest gaz o precyzyjnie określonej wilgotności.Generacja gazu o zadanej temperaturze punktu rosyodbywa się za pomocą wzorcowego generatora wilgotności[3], opracowanego w Zespole Mikrosystemów i Czujników PomiarowychPW. Jego zasada działania opiera się na mieszaniudwóch strug gazu: suchej (temperatura punktu rosy -75°C)oraz wilgotnej (temperatura punktu rosy zdeterminowana jestprzez temperaturę saturatora). Stosunek zmieszania ustalanyjest za pomocą regulatorów przepływu, przez co możliwa jestpłynna regulacja wilgotności generowanego gazu. Minimalnawilgotność, jaką można uzyskać stosując powyższe urządzenieodpowiada temperaturze punktu rosy toru suchego i wynosi-75°C, natomiast górna granica określona jest przez temperaturęsaturatora oraz temperaturę otoczenia – gaz wychodzącyz saturatora jest w 100% nawilżony w temperaturze saturatoraT S. Ze względów praktycznych temperatura saturatora powinnabyć niższa od temperatury otoczenia i temperatury komory conajmniej o około 1K w celu uniknięcia kondensacji w przewodachdoprowadzających wilgotny gaz. Dokładność generatorawilgotności zdeterminowana jest w głównej mierze przez precyzyjneustalenie stosunku zmieszania strug gazu oraz dokładnośćustalenia temperatury saturatora. Na ogół omawiany generatorwilgotności zapewnia zakres pracy w granicach temperaturpunktu rosy T dpod -75 do 20°C, przy temperaturze otoczeniaT O= 22°C z dokładnością ±0,2°C. Wyjście generatora jest sprzężonez wzorcowym higrometrem punktu rosy S8000 firmy MitchellInstruments o zakresie pomiarowym od -60 do 40°C i niepewnościpomiaru ±0,2°C. Dzięki takiemu połączeniu możliwejest bardzo precyzyjne kontrolowanie na bieżąco wilgotnościgazu dopływającego do komory pomiarowej.Temperatura powierzchni detektora mierzona jest za pomocązintegrowanego termorezystora platynowego w układzie czteropunktowymz wykorzystaniem multimetru 34001A firmy Agilent.Regulacja temperatury detektora wykonywana jest natomiast zapomocą ogniwa Peltiera oraz zintegrowanego w strukturze detektoragrzejnika. Kontakty detektora są połączone z mostkiemRLC HP4284A, umożliwiającym pomiar impedancji w zakresieczęstotliwości od 20 Hz do 1 MHz. Tak zestawione stanowiskopomiarowe jest sprzężone z komputerem za pomocą interfejsuGPIB oraz USB. Prawidłowy przebieg eksperymentu zapewniakomputer z oprogramowaniem ze środowiska LabWindows.Wszystkie wyniki (parametry) zapisywane są w bazie danych,umożliwiając późniejszą analizę.Metoda oparta na pomiarze parametrówdetektora w zamkniętej komorze pomiarowejMetoda ta pozwala na dokładną analizę zjawiska kondensacjipary wodnej na powierzchni detektora półprzewodnikowego – zewzględu na quasi statyczne warunki panujące wewnątrz komorypomiarowej. Umożliwia ona również oszacowanie ilości wodykondensującej się na detektorze, a tym samym – na określenieprogu detekcji czujnika. Ma to niezmiernie istotne znaczeniew przypadku higrometrów punktu rosy z detektorem półprzewodnikowym,gdyż pozwala to na dobór oraz wyznaczenie optymalnychparametrów pracy urządzenia, takich jak minimalna wartośćprzepływu gazu nad powierzchnią detektora, pozwalająca naprawidłowy pomiar wilgotności. Determinuje to również szybkośćsamego pomiaru, ponieważ w przypadku małej wilgotności, czaspotrzebny na zebranie takiej samej warstwy wody będzie dłuższyniż przy dużej wilgotności.Procedura pomiaru polega na doprowadzeniu do komory pomiarowejo określonej temperaturze T i objętości V, gazu o zadanejtemperaturze punktu rosy T dp, a następnie szczelnym jejzamknięciu. Przy tak określonych warunkach możemy obliczyćpoczątkową ilość molekuł wody N 0znajdujących się w fazie gazowejwewnątrz komory. Następnie schładzając powierzchnię detektorado temperatury T 1< T dp, dla której można obliczyć liczbęmolekuł w stanie gazowym w warunkach saturacji, część molekułwody kondensuje na detektorze, tym samym temperatura T 1stajesię nową temperaturą punktu rosy. Oznacza to, że różnica mo-Rys. 3. Schemat stanowiska pomiarowego. Fig. 3. Block diagram of the experimental stand setu32Elektronika 4/2012

Rys. 4. Wyniki symulacji ilości molekuł wody kondensujących napowierzchni detektora dla różnych, początkowych wilgotności gazuw eksperymencie z komorą zamkniętąFig. 4. Water molecules number condensing on detectors surface fora different start humidity in a closed chamber experimentlekuł, N = N 0-N 1, w stosunku do T dpmusi skondensować na detektorze.Ilościowy opis zjawiska można uzyskać przekształcającrównanie Clapeyrona do postaci (1):N = p w·V·N A/ (R·T) (1)gdzie: R – uniwersalna stała gazowa, N A– stała Avogadro,p w– prężność pary wodnej określona zależnością Sonntaga (2):p w= exp (-6096,9385/T + 16,635794 – 0,02711193·T ++ 0,00001673952·T 2 + 2,433502·ln(T )); (2a)dla T ≥ 273,15 K(p w= exp (-6024,5282/T + 24,721994 ++ 0,010613868 ·T-0,000013199·T 2 -0.49382577· ln(T)); (2b)Wraz z dalszym ochładzaniem lustra dynamika kondensacjimolekuł wody na jego powierzchni będzie malała ze względuna zmniejszającą się ilość cząsteczek wody wewnątrz komory(rys. 4). Mierząc jednocześnie impedancję/pojemność detektoramożemy określić zmianę jego parametrów elektrycznych w funkcjiskondensowanej ilości wody na powierzchni lustra.Szybkość przepływu badanego gazu ma niewątpliwie istotnywpływ na bilans cieplny w strukturze detektora, a w szczególnościprzepływ ciepła w głąb struktury. Chodzi bowiem o to, że badanygaz ma zawsze temperaturę wyższą od temperatury punktu rosy(a więc też powierzchni lustra) i im więcej go płynie, tym więcejdostarcza ciepła do powierzchni detektora, a tym samym działaw przeciwnym kierunku niż system wymusza tzn. ochładzanie detektoraprzez ogniwo Peltiera.Przedstawiona metoda jest obarczona dużą wrażliwością nazmianę warunków pomiaru. Konieczne jest zapewnienie szczelnościcałej konstrukcji, gdyż nawet niewielka ilość gazu dostającegosię z zewnątrz zafałszuje wynik pomiaru. Ważnym aspektemjest również zapewnienie stabilnych warunków zarównowewnątrz, jak i na zewnątrz komory pomiarowej, gdyż zmianaciśnienia wewnątrz komory powoduje zmianę prężności parywodnej, a tym samym temperatury punktu rosy, co wpłynie naotrzymane wyniki.Metoda oparta na pomiarze parametrówdetektora w komorze z przepływem badanegogazuMetoda ta umożliwia pomiar oraz ocenę charakterystyki impedancyjnejdetektora w funkcji temperatury lustra, jak równieżwilgotności przepływającego przez nią gazu, a także pozwalaokreślić wpływ niedoskonałości związanych z technologią wytwarzaniastruktur oraz wszelkich zabrudzeń pojawiających sięna powierzchni lustra. Dodatkowo, stosując tę metodę możnazbadać wpływ szybkości przepływu gazu nad powierzchniądetektora oraz temperatury komory pomiarowej na końcowywynik pomiaru. Procedura eksperymentu polega na umieszczeniubadanego detektora w szczelnie zamkniętej komorze,przez którą przepływa gaz o ustalonej temperaturze punkturosy. Powierzchnia detektora jest schładzana ogniwem Peltiera,a w zadanych punktach dokonywany jest pomiar C p, R pi |Z|. Na podstawie szeregu przeprowadzonych badań na różnychstrukturach detektora stwierdzono, że wartość pojemnościzastępczej (równoległej) charakteryzuje się dużą czułościąna ilość wody kondensującej się na powierzchni detektora,a jednocześnie znikomą wrażliwością na zanieczyszczeniapowierzchni lustra. Było to cenną przesłanką do dalszych badań,jak również punktem wyjścia do konstrukcji nowego higrometrupunktu rosy. Na rys. 5 przedstawiono przykładowecharakterystyki dla jednego detektora. Pomiary zaprezentowanena tym rysunku miały na celu zbadanie stabilności charakterystykipojemnościowej detektora typu MEMS. Wykonanebyły dla dwóch temperatur punktu rosy badanego gazu:T dp= 10°C oraz T dp= 15°C w różnych odstępach czasowych.Na rysunku 5 pokazano przykładowe charakterystyki zmianpojemności detektora w funkcji temperatury lustra dla kilkudla T

óżnych wilgotności. Jeżeli założy się próg detekcji na poziomieΔC = 10 pF, to dla każdej wartości wilgotności jest różneprzesunięcie wartości temperatury lustra w stosunku do rzeczywistejtemperatury punktu rosy. Co więcej, przesunięcia tenie są stałe i wykazują systematyczne zmiany w funkcji temperaturypunktu rosy. Oznacza to, że w użytkowym higrometrzepunktu rosy trzeba przyjąć tabelę poprawek dla mierzonychwilgotności.Ocena systemowej niepewności pomiaru dlahigrometrów punktu rosy z detektorem typuMEMSGłównym źródłem niepewności pomiaru w higrometrach punkturosy z detektorem typu MEMS jest detektor. Nieznajomość jegocharakterystyki, czy źle określony próg detekcji może prowadzićdo rozbieżności wyników rzędu stopni Celsjusza w stosunkudo wskazań higrometru z detektorem optycznym. Dodatkowymproblemem jest stopniowa degradacja parametrów detektorawraz z pojawiającymi się na jego powierzchni zabrudzeniamilub wręcz zmiana jego charakterystyki. Wymagać to może cyklicznegoczyszczenia powierzchni lustra bądź kalibracji całegosystemu. Innym źródłem niepewności w tego typu higrometrzejest niepewność związana z pomiarem temperatury lustra, cobezpośrednio przekłada się na wartość mierzonej wilgotnościgazu. Źródłem błędu jest też gradient temperatury jaki powstajepomiędzy powierzchnią detektora, a położonym około 1 µmponiżej termorezystorem. Jest to szczególnie widoczne przydużych prędkościach przepływu badanego gazu i szybkichukładach detekcji (kondensacji/odparowania). Termorezystoryzintegrowane z detektorem charakteryzują się dość dużymrozrzutem parametrów, dlatego niezbędna jest ich kalibracjaw celu zapewnienia satysfakcjonującej dokładności pomiaru.Pomimo powyższych wad higrometry z detektorem typu MEMSmają bardzo istotną zaletę – nadzwyczaj dużą szybkość działania(mała stała czasowa), co ma duże znaczenie np. w zastosowaniachmedycznych.PodsumowaniePrezentowane w artykule metody pozwalają na pełną charakteryzacjędetektora punktu rosy typu MEMS. Umożliwiają wyznaczenieprogu detekcji w zależności od badanej wilgotności gazuoraz doboru optymalnych parametrów pracy higrometru punkturosy z detektorem półprzewodnikowym. Jest to niezmiernie istotnez punktu widzenia stabilnego działania higrometru, ale równieżze względu na możliwość zmniejszenia niepewności pomiarutemperatury punktu rosy, związanej z wprowadzeniem poprawkizależnej od wartości mierzonej temperatury punktu rosy (wynikato głównie z występowania różnicy temperatury pomiędzytermorezystorem a powierzchnią detektora). W higrometrze bezuwzględniania poprawek temperaturowych uzyskuje się niepewnośćpomiaru około ±0,5K, a po ich wprowadzeniu może ona uleczmniejszeniu około 2 razy.Literatura[1] Weremczuk J., Iwaszko R., Jachowicz R.: The method of watermolecules counting during condensation process in the dew pointdetector. Sensors & Actuators B Chemical, 2012, (in press).[2] Jachowicz R., Senturia S.: A thin-film capacitance humidity sensor.Sensors and Actuators, vol. 2, 1981/82, pp. 171–186.[3] Jachowicz R., Weremczuk J., Paczesny D., Tarapata G.: MEMSbased super fast dew point hygrometer – construction and medicalapplications. Measurement Science and Technology (MST),124008, vol. 20, No. 12, 2009.[4] Iwaszko R., Weremczuk J., Jachowicz R.: Zasada działania i konstrukcjawzorcowego dwustrumieniowego generatora wilgotności.Elektronika – konstrukcje, technologie, zastosowania, nr 8, 2009.Przypominamy o prenumeracie miesięcznika Elektronika na 2012 r.34Elektronika 4/2012

Aktywne anteny radarów wielofunkcyjnych– analiza stanu i perspektywy rozwoju – Część 3prof. dr hab. inż. Edward SędekPrzemysłowy Instytut Telekomunikacji SA, WarszawaOpracowanie radarów wielofunkcyjnych z aktywnymi antenamiścianowymi stało się możliwe dzięki dynamicznemu postępowizarówno w zakresie nowych materiałów mikrofalowych,jak i monolitycznych układów scalonych (MIMIC). Wyniki pracaplikacyjnych zostały opublikowane na początku lat 90. Za fundamentalnąpublikację w tym zakresie można uznać materiałyz konferencji MONOLITHIC CIRCUITS SYMPOSIUM 1995,gdzie opublikowano praktycznie większość wyników prac aplikacyjnychwykonanych w najpoważniejszych ośrodkach naukowychi badawczo-rozwojowych [1]. Potem nastąpił dalszy dynamicznyrozwój tej dziedziny wiedzy, co zostało udokumentowanew pracach [2–8]. Oczywiście przytoczone publikacje są wybranejako reprezentatywne, a ich dzisiejsza liczba jest większa o kilkarzędów wielkości. Jak wspomniano w poprzednich artykułach[9, 10], postęp w zakresie nowych materiałów, zwłaszcza półprzewodnikowych[11] i ferroelektrycznych [12], umożliwił opracowanieanten aktywnych zarówno w technologii hybrydowej,jak i monolitycznej, co w przeszłości było praktycznie niemożliwepomimo istniejących wówczas koncepcji rozwiązań tegotypu urządzeń. Przedstawione pozycje literatury [11] i [12] sąjedynie przykładowe, gdyż co roku w czasie trwania konferencjiIMS w USA są prezentowane nowe osiągnięcia w tym zakresie.Poprzednio próbowano wykorzystywać technologie lampowe(LFB), ale ich nadmiernie wysoki koszt i znaczne gabaryty odstraszałyprzyszłych użytkowników wojskowych. Ponadto rozmieszczeniedużej i ciężkiej aparatury w samolotach bojowychbyło praktycznie niemożliwe. Możliwości takie dotyczyły jedyniesystemów wczesnego wykrywania typu E-3 AWACS, gdzie antenaradaru AN/APY-2 umieszczona jest nad kadłubem [13, 14],zaś aparatura radaru w kadłubie samolotu typu Boeing 707-320,jak również ostatnio w samolocie Boeing 767, czy w Europie nasamolocie szwedzkim Saab 340, lub Saab 2000 [15]. Ta gruparadarów z antenami o rozpiętości nawet do 9 m (szwedzki systemERIEYE), oprócz obserwacji obiektów na tle ziemi, a takżeznajdujących się powyżej linii horyzontu, przekazuje przetworzonąinformację radiolokacyjną do naziemnych systemówdowodzenia środkami obrony powietrznej. Radary systemówwczesnego ostrzegania stanowią dopełnienie (uzupełnienie) radarówzainstalowanych na posterunkach naziemnych, poprzezwykrywanie i śledzenie obiektów, których „nie widzą” radary naziemnemające zasięg ograniczony krzywizną ziemi. Także celenisko lecące niewidoczne dla radarów naziemnych są wykrywanei śledzone przez radar zainstalowany na platformie latającej,a dane o jego parametrach lotu przekazywane są drogą radiowądo naziemnych systemów dowodzenia. Natomiast radary wielofunkcyjneinstalowane w samolotach bojowych służą do wykrywaniacelów, ich identyfikacji i kierowania swoimi środkamiogniowymi. Samoloty bojowe mają antenę zlokalizowaną wrazz aparaturą radaru w przedniej części kadłuba (dziobie), gdziemiejsca jest bardzo niewiele, a ciężar kompletnego urządzeniamusi być jak najmniejszy. Współczesna aktywna antena radiolokacyjnastanowi macierzowy szyk elementów promieniującychzasilanych energią elektromagnetyczną za pomocą modułównadawczo-odbiorczych (T/R) sterowanych poprzez mikrofalowe,cyfrowe przesuwniki fazy. Technika ta pozwala na elektroniczneskanowanie przestrzeni wiązką antenową, ogólniezarówno w płaszczyźnie elewacji, jak i azymutu. Pełną możliwośćoddziaływania na kształt wiązki uzyskuje się wtedy, gdyw każdym elemencie promieniującym zastosuje się przesuwnikfazy i układ regulujący amplitudę. Wówczas można w razie potrzebydynamicznie regulować jej kształt w czasie rzeczywistym,tzn. jej szerokość zarówno w azymucie, jak i w elewacji [16–18].Możliwość ta jest niezmiernie przydatna w przypadku śledzeniaobiektów powietrznych, takich jak: samoloty bojowe, rakiety,w tym balistyczne oraz różnego rodzaju pociski, głównie moździerzowe.Rozwój radiolokacji wymusza coraz większe wymaganiastawiane antenom i systemom antenowym stosowanymw nowoczesnych radarach.Pojęcie radaru wielofunkcyjnego odnosi się do nowoczesnychsystemów radiolokacyjnych, które oprócz „standardowego”określenia współrzędnych położenia wykrywanych celówruchomych potrafią realizować jeszcze wiele innych zadań, takichjak identyfikacja celu, określanie prędkości obiektu, przeszukiwanieprzestrzeni z jednoczesnym śledzeniem wybranychobiektów, sterowanie uzbrojeniem, tworzenie mapy terenu, itp.Nazewnictwo poszczególnych funkcji radaru (a zatem jego wielofunkcyjność)określa każdy producent radaru i trudno podaćjednolitą definicję, która będzie inna w zależności od systemu:radarowego samolotowego, okrętowego czy meteorologicznego.Przy realizacji tak wielu różnych funkcji jednym z głównychograniczeń staje się czas niezbędny do ich realizacji. W przypadkuradarów z wiązką sterowaną mechanicznie, np. w azymucie,pojawiają się pewne ograniczenia natury mechanicznej,związane z wytrzymałością konstrukcji anteny oraz mocą urządzeńpotrzebnych do jej obrotów. W praktyce stosuje się sterowanieelektroniczne w płaszczyźnie elewacji, jak to ma miejscew radarze AN/TPY-2 stosowanym w systemie AWACS [13, 14].Niezależnie od stosowanej metody przeszukiwania przestrzeniw radarach samolotowych stosuje się wyłącznie anteny ścianowe,które kształtują ich charakterystykę kierunkową w obupłaszczyznach, tzn. azymutalnej i elewacyjnej.Dokonując przeglądu wybranych anten radarów samolotowychwypada zacząć od anteny historycznie najstarszego radaruimpulsowo-dopplerowskiego AN/APY-1/2, którego pierwszawersja została opracowana w 1977 r. Pomimo że ma onantenę pasywną, warto ją przedstawić dla porównania z innymirozwiązaniami, np. z aktywną anteną szwedzkiego radaru systemuwczesnego ostrzegania ERIEYE. Począwszy od wersji AN/APY-1, radar był ciągle modernizowany w zakresie przetwarzaniasygnałów (obecnie cyfrowe), wprowadzania nowych funkcjiradaru, wymiany komputerów pokładowych, monitorów i wymianypodzespołów elektronicznych wraz z rozwojem technologiiElektronika 4/2012 35

elektronicznych, szczególnie układów scalonych. Modernizacjanie dotyczyła systemu antenowego, za wyjątkiem wymiany nanowocześniejsze układy cyfrowego sterowania ferrytowymiprzesuwnikami fazy (a zatem elektroniki). Ze względu na różnewartości dotyczące parametrów anteny i radaru podawanew różnych publikacjach oparto się na materiale informacyjnymfirmy Northrop Grumman Electronic Systems, która była głównymkonstruktorem systemu [14]. Pasywna antena radaru wykonanajest w postaci falowodowego szyku, w którym elementamipromieniującymi są szczeliny wykonane na węższej ściance falowodu.Szyk falowodowy nie jest prostokątny, gdyż środkowywiersz jest najdłuższy, zaś powyżej i poniżej niego wiersze sącoraz krótsze, stanowiąc aperturę w przybliżeniu elipsoidalną.Liczba wierszy falowodowej ściany antenowej wynosi 28. Nakońcu każdego falowodu zamontowany jest odwracalny, ferrytowyprzesuwnik fazy dużej mocy, zaś kolejnych 28 nieodwracalnychprzesuwników fazy małej mocy służy do ustalenia fazypoczątkowej (odniesienia) w każdym wierszu antenowym. Przesuwnikifazy sterują położeniem wiązki w płaszczyźnie elewacji,zaś przeszukiwanie przestrzeni w płaszczyźnie azymutalnejodbywa się poprzez mechaniczny obrót anteny wraz z osłonąz prędkością 6 obrotów na minutę. Osłona anteny wykonana jestze specjalnego materiału dielektrycznego o względnej przenikalnościelektrycznej zbliżonej do wartości 1. Szerokość wiązkiw azymucie wynosi 0,9°, zaś w elewacji 4,5°. Antena zamkniętaw osłonie w kształcie dysku ma średnicę 8 m, a jej grubośćwynosi 1,3 m. Charakteryzuje się ona ultra niskimi pierwszymilistkami bocznymi, których poziom osiąga wartość -40 dB. Kompletnaantena zamontowana jest na górnym poszyciu samolotuna wysokości 3,3 m. Podczas obrotu anteny kąt 360 0 może byćpodzielony na 32 sektory, w których możliwa jest praca w różnychrodzajach, takich jak: wykrywanie celów powietrznych natle ziemi bez określenia kąta elewacji (impulsowo-dopplerowska),praca z elektronicznym skanowaniem w elewacji, pracaw kątach elewacji powyżej horyzontu, praca pasywna z wyłączonymnadajnikiem w celu lokalizacji zakłóceń, praca z krótkimiimpulsami (mod morski) w celu wykrywania celów nawodnych.W czasie nadawania wiersze anteny są pobudzane sygnałamimikrofalowymi za pośrednictwem dzielnika mocy z nadajnika,w którym ostatnim stopniem wzmocnienia jest lampa klistronowa.Radar pracuje w paśmie S z częstotliwością środkowąokoło 3 GHz. Ciężar kompletnego radaru wynosi 3700 kg. Narys. 1 przedstawiono antenę radaru zainstalowaną na samolocieBoeing 767 [19]. Natomiast na rys. 2 pokazano aktywnąantenę radaru impulsowo-dopplerowskiego systemu wczesnegoostrzegania ERIEYE zainstalowaną na samolocie Saab 2000[20]. Wiązki ołówkowe aktywnej nieruchomej anteny po obustronach są przestrajane elektronicznie w azymucie w zakresiekątów 150° za pomocą półprzewodnikowych przesuwnikówfazy. W antenie zastosowano 192 półprzewodnikowe modułynadawczo-odbiorcze (T/R) zasilające elementy promieniująceanteny. W modułach T/R przełączniki mikrofalowe i wzmacniaczeniskoszumne wykonane są w technologii MMIC. Radar pracujew paśmie częstotliwości S (3,1…3,3 GHz), z możliwościąszybkiej zmiany częstotliwości w przypadku wykrycia nadajnikówzakłócających. Antena radaru o długości ponad 9 m i ciężarzeok. 900 kg, zainstalowana jest w specjalnej dielektrycznejosłonie umieszczonej nad kadłubem samolotu. Umocowana jestdo kadłuba za pomocą czterech wsporników. Oba radary systemówAWACS i ERIEYE pełnią podobne funkcje i mają podobnyzasięg około 450 km.Należy podkreślić, że wymieniono tutaj jedynie wybranerozwiązania, ale istnieją również radary systemów wczesnegoostrzegania instalowane na helikopterach. Istnieją także w chwiliobecnej eksperymentalne rozwiązania, np. lekki radar półprzewodnikowyz anteną reflektorową ASSR-1000 zainstalowanyna sterowcu o nazwie Sentinel 1000 (firma Westinghouse) [21].Również Federacja Rosyjska posiada swój system wczesnegoostrzegania zainstalowany na samolocie A-50. Są również prowadzoneprace badawcze w tym zakresie w Chinach, lecz brakjest doniesień literaturowych.Jak wspomniano wcześniej, samoloty bojowe mają antenęzlokalizowaną wraz z aparaturą radaru w przedniej części kadłuba(dziobie), gdzie miejsca jest bardzo niewiele, a również ciężarkompletnego urządzenia musi być jak najmniejszy. Współczesnekonstrukcje anten radarów samolotów bojowych to głównie aktywneanteny z elektronicznie sterowaną wiązką. Przykładowozostanie przedstawionych kilka reprezentatywnych rozwiązań dlaporównania ich cech i parametrów.Wielofunkcyjny radar impulsowo-dopplerowski AN/APG-68(V)9 samolotu wielozadaniowego F-16C/D Block 52 (polskiJastrząb) stanowi trzecią generację tego typu urządzeń, zaczynającychsię od najprostszej wersji o nazwie AN/APG-66, którejbudowę rozpoczęto w grudniu 1975 r. Następne lata przynosiłykolejne generacje radarów, charakteryzujących się coraz lepszymiparametrami i możliwościami technicznymi. Polski Jastrząbotrzymał wersję ulepszoną, charakteryzującą się zwiększonymo około 1/3 zasięgiem, polepszono również skutecznośći dokładność śledzenia pojedynczego celu. W trybie pracy SAR(Synthetic Aperture Radar) rozdzielczość obrazu wynosi około70 cm. Tryb ten służy do wykonywania map terenu. Wprowadzonorównież termolokacyjny system celowniczo-nawigacyjnyIFTS współpracujący z radarem o zasięgu wykrycia i śledzeniaporównywalnym do zasięgu radaru. W porównaniu z wersjamiRys. 1. Samolot Boeing 767 z anteną w osłonie dielektrycznej [19]Fig. 1. Aircraft Boeing 767 with antenna in rotodome [19]36Rys. 2. Samolot Saab 2000 z aktywną nieruchomą anteną [20]Fig. 2. Aircraft Saab 2000 with (AESA) antenna in dielectric cover [20]Elektronika 4/2012

Rys. 3. Widok fragmentu radaru z pasywną anteną [23]Fig. 3. Fragment view of radar with passive antenna [23]poprzednimi, radar umożliwia walkę z kilkoma celami jednocześnie.Szczegółowy opis radaru oraz jego poprzednich wersji jestzamieszczony w opracowaniu pt. „Radary pokładowe samolotuF-16” [22]. Na rys. 3 pokazano fragment radaru AN/APG-68(V)9z pasywną anteną [23].Centralny nadajnik radaru zbudowany jest na lampie z faląbieżącą LFB, która umożliwia pracę zarówno z dużą, jak i zezmniejszoną częstotliwością powtarzania, z czego wynika małabądź duża moc impulsowa. Cechą charakterystyczną wszystkichgeneracji radarów do samolotów F-16 jest konstrukcja zamocowaniaprzegubowego płaskiej anteny ścianowej wykonanejw postaci szyku falowodowego z wyciętymi na węższej ścianceszczelinami stanowiącymi elementy promieniujące. Antena możewykonywać ruchy sterowane mechanicznie w kątach azymutu20°, 50°, 60° i 120° i w niewielkim kącie elewacji, zapewniającskanowanie wiązki. Poszczególne wiersze anteny zasilane sąpoprzez falowodowy dzielnik mocy. Należy stwierdzić, że rozwiązaniaz mechanicznym ruchem anteny, określającym zakresskanowania wiązki, są jeszcze stosowane w starszych rozwiązaniach,ale w nowych konstrukcjach radarów stosuje się wyłącznieskanowanie elektroniczne w obu płaszczyznach. Radar pracujew paśmie X (8…12,5 GHz) i w zasadzie jest to generalna zasadaobowiązująca praktycznie dla większości rozwiązań tego typuurządzeń.Najnowszą konstrukcją radaru przeznaczonego dla samolotuF-16 Blok 60+ jest radar AN/APG-80 zbudowany na zamówienieZjednoczonych Emiratów Arabskich [25], którego antenę pokazanona rys. 4 [25].Do sterowania wiązką antenową radaru zastosowano 1000 monolitycznychmodułów nadawczo-odbiorczych wraz z przesuwnikamifazy wykonanymi w technologii GaAs. Zmiana położeniawiązki antenowej następuje w czasie około 100 ns w zakresiekątowym obszaru przeszukiwania 140°. Uzyskano szerszy zakresczęstotliwości pracy, większy zasięg wykrywania, możliwośćjednoczesnego śledzenia 20 obiektów, możliwość śledzenia nawiększych odległościach i kątach. Dzięki szybko sterowanej wiązcezmniejsza się prawdopodobieństwo przechwycenia własnegosamolotu LPI (Low Probability of Intercept). Ponadto możliwyjest automatyczny lot według rzeźby terenu (AFT) oraz znaczniezwiększona rozdzielczość w trybie pracy z syntetyczną aperturąSAR (prawdopodobnie do kilkunastu cm). Brak elementów mechanicznychsterujących anteną powiększył czas pracy bezawaryjnej(MTBF) do 500 godz.Kolejny wielofunkcyjny radar samolotowy o symbolu AN/APG-77 z aktywną anteną przeznaczono dla wielozadaniowegosamolotu bojowego F-22 Raptor. Radar został zbudowanyrównież w firmie Northrop Grumman. Do sterowania wiązkąantenową zastosowano 1500 monolitycznych modułów nadawczo-odbiorczych(T/R), każdy o średnicy około 10 mm i ciężarze15 gramów. Moduły o mocy wyjściowej 4 W wykonane sąw technologii GaAs. Wiązka antenowa może zmieniać położeniew czasie kilkudziesięciu nanosekund. Zapewnione jest polewidzenia 120° w płaszczyźnie azymutalnej i 120° w płaszczyźnieelewacyjnej.Radar może również bardzo szybko zmieniać kształt wiązkioraz moc generowaną, przez co bardzo szybko uzyskiwać daneo celu minimalizując jednocześnie swoje wykrycie. Większośćczęści mechanicznych została wyeliminowana, co poprawiłoRys. 4. Aktywna elektronicznie sterowana antena radaru AN/APG-80[25]Fig. 4. Active Electronically Steered Array (AESA) of AN/APG-80radar [25]Rys. 5. Aktywna sterowana elektronicznie antena radaru AN/APG-77[24]Fig. 5. Active Electronically Steered Array (AESA) of AN/APG-80radar [24]Elektronika 4/2012 37

znacznie niezawodność. Można stwierdzić, że antena zostałazintegrowana fizycznie i elektromagnetycznie.W chwili obecnej liczba radarów z aktywnymi antenami szybkosię zwiększa, szczególnie w USA. Zamówienia obejmują dostawydo 2025 r. Pokazanie wszystkich rozwiązań przekraczaramy tego artykułu. Dlatego zaprezentowany zostanie jeszczeradar z aktywną anteną (AESA) produkcji Federacji Rosyjskiej,gdzie też obserwuje się znaczący rozwój w tej dziedzinie. W samolociebojowym MIG-31 zastosowano radar z pasywną antenąo nazwie Zhuk-MFS [26]. Sygnał mikrofalowy z centralnegonadajnika zbudowanego na lampie LFB zasila szyki antenowepoprzez ferrytowe przesuwniki fazy. Konstrukcja zatem jest podobnajak w radarze samolotu F-16. Pierwszy radar z aktywnąanteną planarną o nazwie Zhuk ME zastosowano w samolocieMIG-35. Radar ten umożliwia skanowanie przestrzeni w obupłaszczyznach. Zastosowano w nim 680 czterokanałowychmodułów nadawczo-odbiorczych (T/R), z których w każdymkanale moc wyjściowa wynosi 4 W. W radarze zastosowanochłodzenie cieczowe zespołu modułów (T/R). Radar wykonywanyjest w dwóch wariantach różniących się zasięgiem i liczbąśledzonych celów. Pierwszy wymieniony wcześniej ma zasięgdo 130 km i może śledzić do 30 celów, zaś drugi ma zasięg do200 km i może śledzić do 60 celów. W drugim wariancie liczbamodułów (T/R) wynosi 1000…1100. Samolot wraz z radaremzostał zaprezentowany na wystawie w Londynie w 2010 r. [27].Na rys. 6 pokazano samolot MIG-35 wraz z aktywną antenąz wiązką sterowaną elektronicznie (AESA). Zapowiedziano, żew radary tego typu zostaną wyposażone samoloty MIG-29.Na rysunku 7 pokazano samolot MIG-31, w którym zastosowanoradar Zhuk-MFS z pasywną sterowaną elektronicznieRys. 8. Radar VIXEN 1000E z aktywną sterowaną elektronicznieanteną (AESA) [28]Fig. 8. VIXEN 1000E radar with electronically steered array [28]Rys. 6. Aktywna sterowana elektronicznie antena radaru Zhuk MEsamolotu MIG-35 [27]Fig. 6. Active Electronic Steered Array (AESA) of Zhuk ME radarof fighter MIG-35 [27]Rys. 7. Pasywna, sterowana elektronicznie antena radaru Zhuk-MFSsamolotu MIG-31 [26]Fig. 7. Zhuk-MFS radar passive phased-array antenna of MIG-31 fighter[26]Rys. 9. Radar RBE 2 z aktywną sterowaną elektronicznie anteną(AESA) [29]Fig. 9. RBE 2 radar with electronically steered array (AESA) [29]38Elektronika 4/2012

anteną. Było to jedno z pierwszych rozwiązań radaru, w którymwyeliminowano mechaniczne sterowanie płaską antenąścianową. Także w Europie opracowano radary wielofunkcyjnez aktywnymi antenami (AESA). Przykładem takiego rozwiązaniajest radar o nazwie VIXEN 1000E, który zastosowano w samolociebojowym JAS 39 Gripen NG [28]. Antena tego radaruzasilana jest przez 500 lub 750 modułów (T/R), w zależnościod typu samolotu. Moduły wykonane są w technologii monolitycznejGaN. Na rys. 8 pokazano kompletny radar z aktywnąplanarną anteną. Radar został opracowany przez konsorcjumSELEX Galileo, Saab Microwave i Saab Aerospace. Natomiastna rys. 9 pokazano radar RBE 2 z aktywną planarną anteną,opracowany przez firmę THALES [29]. W radarze zastosowanokilkaset monolitycznych modułów (T/R) wykonanych w technologiiGaAs. Obydwa radary impulsowo-dopplerowskie pracująw paśmie X z możliwością trybu pracy SAR (Synthetic ApertureRadar). Istnieją jeszcze inne rozwiązania opracowane przezfirmy europejskie, ale przedstawione tutaj są wdrożone i produkowaneseryjnie.PodsumowaniePrzedstawiony w artykule przegląd rozwiązań anten wielofunkcyjnychradarów samolotowych stanowi jedynie cząstkowyobraz tego typu urządzeń stosowanych w systemach wczesnegoostrzegania i walce powietrznej. Przedstawiono jedyniereprezentatywne rozwiązania, pamiętając o tym, że na świecieistnieje znacznie więcej konstrukcji anten przeznaczonych dotego typu urządzeń. Należy pamiętać, że istnieją również opracowaniaw innych krajach, takich jak: Chiny, Australia, Kanada,które tutaj nie zostały zaprezentowane. Zainteresowanych autorodsyła do publikacji Janes’a [29], która obejmuje opracowaniaz większości krajów na świecie. Niemniej celem przeglądubyło zaprezentowanie rozwiązań nowatorskich i ich porównaniez radarami wyposażonymi w pasywne anteny sterowane elektroniczniew płaszczyźnie elewacyjnej i azymutalnej. Głównymkierunkiem rozwoju aktywnych anten radarów wielofunkcyjnychstosowanych w samolotach bojowych w najbliższych latach będziepowszechne stosowanie monolitycznych (MMIC) modułównadawczo-odbiorczych (T/R), zintegrowanych z przesuwnikamifazy wykonywanych w technologii GaAs, a także monolitycznychkompletnych odbiorników mikrofalowych. W perspektywienajbliższych 15 lat przyszłość będzie należała do radarówpółprzewodnikowych z aktywnymi antenami, w których wiązka(wiązki) będzie sterowana elektronicznie w płaszczyznach azymutalneji elewacyjnej.Literatura[1] Monolithic Circuits Symposium, Digest of Papers, Orlando, Florida,May 15–16,1995.[2] Marsh S.: Practical MMIC Design, Artech House,INC, 2006.[3] Mao S., Jones S., Venedelin G.D.: Millimeter –wave integratedcircuits. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1968, Vol. SCC-3,ss. 113–116.[4] Microwave Monolithic Integrated Circuits Design Techniques, Philips-OMMIC. Materiały szkoleniowe, 2006.[5] Mortom M. A., Comeau J. P., Cressler J.D.: High-Linearity, X-bandPhase Shifters on SiGe: Reducing the Cost and Size of AESA RadarSystems. Georgia Electronic Design Center Industry Advisory Board,October 2006.[6] Herczfeld P.R.: Optical Phase and Gain Control of a GaAs MMICTransmit-Receive Module, 18 th European Microwave Conference Digest,1988, ss. 831–836.[7] Bessemoulin A., Parisot M., Quentin P., Saboureau C., van HeijningenM., Priday J.: A 1-Watt Ku-band Power Amplifier MMIC usingCost-effective Organic SMD Package. 34 th European MicrowaveConference Amsterdam 2004.[8] GaAs MMIC Processes Enable Multi-Function Integration, IncreasingReliability While Reducing Chip Size and Cost, Cobham SensorSystems, 2010.[9] Sędek E.: Aktywne anteny radarów wielofunkcyjnych-analiza stanui pespektywy rozwoju-część 1. Artykuł przeglądowy, Elektronika nr1/2012, ss. 81–89.[10] Sędek E.: Aktywne anteny radarów wielofunkcyjnych-analiza stanui pespektywy rozwoju-część 2. Artykuł przeglądowy, Elektronika nr2/2012 ss. 76–79.[11] Overview of PA Technology for Avionics Applications: Workshop WSI,Rockwell Collins, Boston 2000.[12] Ferroelectric Materials and Microwave Applications: Workshop WFE,Radar Division, Boston 2000.[13] Cowdery Robert E., Willian A. Skillman: Development of the AirborneWarning and Control System (AWACS) Radar., IEEE Trans. on AerospaceSystems, Vol. 31, No. 4, Oct. 1995.[14] AWACS Surveillance Radar – The Eyes of the Eagle, Materiały informacyjnefirmy Northrop Grumman Electronic Systems,.[15] Defense Industry Daily: Military Purchasing News for Defense ProcurementManagers and Contractors, April 07, 2008[16] Phased Array Systems and Technology, IEEE International Symposium,Boston, 2003.[17] Mailloux R.J: Phased Array Antenna Handbook, Artech House, INC,2005.[18] Weber Mark, Cho John, Herd Jeffrey: Multifunction Phased Array Radar:Technical Synopsis, Cost Implications, and Operational CapabilitiesMassachusetts Institute of Technology, Lincoln Laboratory, May2007[19] Boeing E-767 AWACS aircraft of the JASDF, fotografia:en.wikipedia.org/wiki/Boeing_E-767, 2005[20] Fotografia z wystawy Farnborough Airshow 2008, en.wikipedia.org/wiki/Erieye[21] ASSR-1000 surveillance radar sensor (United States), Airborne radarsystems, Jane’s Avionics, Dec. 2008.[22] Radary pokładowe samolotu F-16; www.radary.az.pl/f-16_radar.php[23] Materiały informacyjne firmy NORTHROT GRUMMAN Avionics Systems[24] Carlo Koop: Active Electronically Steered Arrays, Australian Aviation,June 2002[25] Fotografia aktywnej anteny (AESA) radaru AN/APG-80;es.northropgrumman.com[26] Phazotron Webside; www.phazotron.com/en/indx.html[27] AESA MIG-35; www.defence-update.com/features/du-1-07/aesaradra_zhuk_AE.htm[28] Vixen 1000ES AESA radar. Home Image Gallery Submit photo Ratethis photo. Sunday, June 28, 2009. Collection: Paris Air Show 2009.Copyright © deagel[29] Fotografia z Active Electronically Scanned Array – AESA RBE 2 Radar;www.thalesgroup.com/.../Aerospace_Product_AE.Elektronika 4/2012 39

HTML5 versus Flash – możliwości tworzeniainteraktywnych multimediów dla m-learningudr inż. Jolanta Brzostek-PawłowskaInstytut Maszyn Matematycznych, WarszawaPoziom rozwoju standardu HTML5 [4] oraz technologii tworzącychśrodowisko rozwoju i udostępniania aplikacji i treści w tym standardziejest na tyle zaawansowany, że warto bliżej rozpoznać tętechnologię i zacząć stosować w nowych projektach. Większośćprzeglądarek WWW, tzw. Internetu stacjonarnego (komputery stacjonarne,laptopy) w znacznym stopniu wspiera już HTML5, słabiejradzą sobie z pełnym wykorzystaniem HTML5 przeglądarkimobilne ze względu na ograniczenia sprzętu mobilnego. HTML5uznawany jest jako idealny dla urządzeń mobilnych, ponieważmoże zapewniać dostępność ze wszystkich platform mobilnych.A brak tej dostępności jest zmorą wszystkich deweloperów tworzącychrozwiązania na sprzęt mobilny.Konieczność tworzenia kolejnych wersji produktu dla różnychśrodowisk mobilnych jest czynnikiem pogarszającym wskaźnikiefektywności produkcji. HTML5 wykonuje samodzielnie funkcje,dotychczas wspomagane różnymi wtyczkami do przeglądarek(„playery”, „viewery”). Dokładniej mówiąc – samodzielnie wrazz przyjaciółmi, jakimi są kaskadowe arkusze stylów CSS level 3(CSS 3) i Javascript (JS). W HTML5 nie istnieje problem koniecznościinstalowania wtyczek lub ich niedostępności, czego przykłademmoże być technologia Flash, niedopuszczona przez SteveJobsa (Thoughts on Flash, [2]) na urządzenia iPhone i iPad firmyApple, jako nie otwarty standard. Apple, Google, nawet Microsoftze swoją technologią Silverlight (konkurencyjną do Flash), idąwyraźnie w kierunku HTML5, CSS3 i JavaScript. Apple i Googlestworzyły nawet strony dedykowane promocji HTML5 http://www.apple.com/html5/i http://www.html5rocks.com/. Na tej ostatniejstronie o nazwie „HTML5 Rocks” Google prezentuje rozwiązania,które mogą być wykonane przy pomocy HTML5 (oraz CSS3 i JS)takie, jak: interaktywne prezentacje, przewodniki, „sandboxy”(generowanie gradientów i innych wizualnych obiektów i efektów)i inne nowości HTML5.Wydaje się, że HTML5 może stać się alternatywą dla Flash,zwłaszcza w tworzeniu aplikacji i treści na urządzenia mobilne.Ma poparcie nie tylko Apple, Google, Microsoft, ale równieżwspierają go platformy Mozilla, Opera i BlackBerry. Przeczy tejtezie jednak dominująca na profesjonalnych forach dyskusyjnychopinia, że ogłaszanie śmierci Flash jest przedwczesne. Zwłaszczaw zastosowaniach edukacyjnych, gdzie ok. 80% interaktywnychtreści edukacyjnych jest wykonana we Flashu. Flash nie wymagaznajomości programowania, co jest istotne dla rzeszy dydaktykówmedialnych tworzących interaktywne szkolenia e-learningowez wykorzystaniem narzędzi autorskich opartych na Flash [1].HTML5 wymaga znajomości programowania w JScript, modeluDOM współpracy strony z przeglądarką oraz skomplikowanegojęzyka zapisu stylów CSS.Rzeczywiście, HTML5 nie jest narzędziem do bezpośredniegoużywania przez dydaktyków. W obszarze edukacji internetowejnie stanie się raczej technologią popularną, mimo że rozwiązujew dużym stopniu problemy cross-platformowości mobilnych treści.Dotychczasowa praktyka wskazuje, że kłopoty z niedostępnościąFlasha na iDevices (iPhone, iPod, iPad) rozwiązywane są40często przez przepisywanie kontentu dla tych urządzeń z wykorzystaniemtechnologii Apple XCode.Potrzeby i oczekiwania m-learninguDziś można już powiedzieć, że oczekiwania użytkowników urządzeńmobilnych w zakresie wsparcia szkoleniowego i wsparciawiedzą są inne, niż oczekują tego na swoich komputerach stacjonarnych(i laptopach). Również producencki kierunek „lilipucenia”treści szkoleń dostępnych w Internecie stacjonarnym poprzezudostępnianie ich na urządzeniach mobilnych jest przeszłością.Z urządzenia mobilnego nikt nie zechce uczestniczyć w całymprocesie szkoleniowym „krok po kroku”, który trwa długo i dostarczawiele treści. Z urządzenia mobilnego sięga się po krótkiekawałki wiedzy, dostosowane do kontekstu sytuacyjnego i lokalizacyjnego.Dla użytkowników urządzeń mobilnych potrzebne są„just-for-me bite-size learning modules”.Proces uczenia się mobilnego użytkownika „krok po kroku”wyparty został przez proces uczenia ciągłego, formalnego i nieformalnego,gdziekolwiek on jest. Zwłaszcza, gdy jest na stanowiskupracy, nieodzowne staje się wsparcie (performance support)kontekstową wiedzą, na żądanie użytkownika, gdy tylko taka potrzebapowstanie. Trzeba jednak zaznaczyć, że rozwój wsparciapracownika w organizacjach zaznacza się odchodzeniem od tworzeniai dostarczania li tylko treści, a raczej ukierunkowuje się natworzenie całych wydajnościowych ekosystemów organizującychudogodnienia zwiększające kreatywność, innowacyjność, współpracęi produktywność pracowników.Ekosystemy stają się coraz bardzie inteligentne, potrafią zbieraćdane o użytkowniku i coraz bardziej celnie – w czasie, miejscui w potrzebie – „wystrzeliwują” do użytkownika porcje informacji.Jednym z kanałów dostępu do ekosystemów są urządzenia mobilne.Z badań opisanych w raporcie Mobile Learning: Landscapeand Trends [3] wynika, że prognozy zastosowania m-learninguw organizacjach wskazują na pewną stagnację (ok. połowy badanychorganizacji nie przewiduje zmian w rozszerzaniu zastosowańm-learningu), wskazując jednocześnie jako 4 główne (opiniaok. 50% badanych) bariery w zakresie rozwoju zastosowań m-learningu – kłopoty w integracji z istniejącymi systemami (i ichzasobami), niski poziom bezpieczeństwa mobilnego kanału, brakstandardów i konieczność tworzenia wielu wersji dla różnych platformmobilnych (co łączy się z kosztami). Około połowa badanychorganizacji oczekuje możliwości automatycznej adaptacji treścina różne urządzenia mobilne oraz jednokrotnego tworzenia treściudostępnianej później na różnych urządzeniach mobilnych). Widać,że jedną z głównych bolączek m-learningu jest brak uniwersalizmu(cross-platforms) tworzonych zasobów.Wideo w m-learninguPotrzeba łatwych (szybkich i niedrogich) technik tworzenia treści naurządzenia mobilne spowodowała wzrost atrakcyjności i popularnościtechnik audio i video podacstów jako nośników treści informacyjnych.Z drugiej strony, ta atrakcyjność powodowana jest przez:Elektronika 4/2012

● wszechobecność wsparcia techniki videocastów realizowanegobezpośrednio przez system operacyjny (iOS Apple) lubłatwo instalowalne aplikacje natywne (playery), jak np. w systemieAndroid,● raz stworzony podcast może być dostępny z wielu, a nawetwszystkich mobilnych urządzeń.Innym czynnikiem tej popularności jest ogólny kierunek potrzebywizualizacji informacji. Elliot Masie, w raporcie z lutego 2012 r.[4] dotyczącym kierunków w e-learningu, odnotowuje dramatycznywzrost zapotrzebowania na treści w formie wideo, raportowanyprzez liderów e-learningu z całego świata oraz zauważalne ukierunkowaniesię pracowników na wsparcie krótkimi wideo z You-Tube. Zauważany jest wzrost roli wideo w webminarach, chatachi telekonferencjach oraz wsparcia pracowników przez coachówna stanowiskach pracy. Stąd widać, że zarówno producenci, jaki odbiorcy preferują wideo jak nośnik treści.Atrakcyjność technik wideo dla producentów/dostawców treścijest zwiększana dużym stopniem ich kompatybilności (cross platforms)dla platform mobilnych. Systemy iOS, Android, WindowsPhone, BlackBerry akceptują format wideo mp4. Również dostępneodtwarzacze wideo dla tych platform dobrze sobie radzą z różnymiformatami. Dostosowanie wideo do rozdzielczości i wielkościekranu może być osiągane przez konwersję wideo (z zachowaniemproporcji szerokości i wysokości) lub dodawaniem przezodtwarzacze czarnych pasów poziomych i/lub pionowych do wyświetlanegoobrazu. Warto zwrócić uwagę na fakt, że nie zawszewiększy ekran smartfona ma większą rozdzielczość (np. AppleiPhone 4 s – przekątna 3,5 cala, rozdzielczość 640×960 px, SamsungGalaxy II S T-mobile – przekątna 4,52 cala, rozdzielczość480x800 px). Można przyjąć, że rozdzielczość 640×480 px, którąposiadają urządzenia Apple, jest i będzie dostępna na innychurządzeniach mobilnych. Przyjęcie mp4 i 640×480 px zapewnikompatybilność wideo, niekoniecznie zaś jakość obrazu.Interaktywne wideo i technologie ich produkcjiWiększym problemem jest uzyskanie na mobilnych platformachkompatybilności wideo, „zawierających” (w uproszczeniu, w rzeczywistościinteraktywne elementy są nanoszone na wideo) interaktywneelementy, takie jak linki w obrębie wideo, linki na zewnątrzwideo, przyciski, ankiety, testy. Technika interaktywnychwideo jest atrakcyjna nie tylko dla reklamodawców, którzy linkiw wideo mogą wykorzystywać w celu wykonania skoków z wideo,np. do stron WWW z prezentacjami produktów. Interaktywne wideoto jedna z atrakcyjniejszych obecnie technik szkoleniowychprzekazywania treści do i pozyskiwania danych od odbiorcy, któraangażuje użytkownika oraz pozwala zindywidualizować przekazywanemu treści. Odbiorca szkolenia w formie interaktywnegowideo (również vodcastu) może sam wybrać fragment najbardziejgo interesujący lub fragment pomocy (znajdującej się wewnątrznagrania lub na zewnątrz) uzupełniającej informacje bieżąco wyświetlane.Taka możliwość indywidualizacji szkolenia zwiększa jegoefektywność. Odbiorca szybciej uzyskuje wiedzę (z krótkiegowideo), bardziej adekwatną do bieżącej potrzeby (sam decydujeo wyborze odpowiedniej sekwencji z informacją). Może teżprzekazywać odpowiedzi na pytania stanowiące ankietę sondującąopinie lub testy mierzące poziom nabytej wiedzy. Rys. 1przedstawia fragment wideo uczącego rozwiązywania zadaniaze stereometrii, z powoływaniem się na podstawy teoretycznewyświetlane po naciśnięciu linków opatrzonych znakiem „?”. Jedenpowoduje pokazane na rysunku wyświetlenie dodatkowejpomocy zawartej w wideo, inny może powodować skok do zewnętrznegoURL i wyświetlenie pomocy zapisanej na zewnętrznejstronie WWW.Problem z kompatybilnością interaktywnych mobilnych wideowynika z różnych technologii ich wykonywania. Inne są natywnetechnologie stosowane przez Google dla wideo dla systemu Android(Google SDK, XML plus natywny ładowalny odtwarzacz),inne przez Microsoft dla Windows Phone 7 (media player nabazie Silverlight), inne przez Apple dla iOS. Apple proponuje zawiłątechnologię Live Stream wbudowanego w strumień, wedługprotokołu Apple HTTP Live Stream, pliku metadanych wskazującegona dodatkowe pliki ID3 z tagami ID3 wskazującymi naURL zasobów do wyświetlenia dodatkowych informacji. ProtokółHTTP Live Stream realizowany jest przez wbudowany w iOS„odtwarzacz” – klasę MPMoviePlayerController, zdefiniowanąw środowisku iOS SDK – Xcode [2]. Przykład interaktywnego wideowykonanego w technologii Live Stream przedstawia rys. 2.Rys. 1 a. Przykład interaktywnego wideoFig. 1 a. An example of interactive videoRys. 1 b. Przykład dodatkowej informacji w wideo wyświetlanej ponaciśnięciu na link „?” wskazany czerwoną strzałką (źródło własne)Fig. 1 b. An example of additional information in the video when youpress the button “?” indicated with a red arrowElektronika 4/2012 41

Rys. 2. Interaktywne wideo na iPhone wykonane w technologii AppleLive Stream (naciśnięcie przycisku Emma Stone powoduje prezentacjęaktorki Emmy Stone) [8]Fig. 2. Interactive video on the iPhone made ​in the Apple Live Streamtechnology (pressing the Emma Stone button causes the presentationof Actress Emma Stone)Jeszcze inne technologie tworzenia interaktywnych wideo oferująproducenci budujący swoje narzędzia w oparciu o technologięFlash poprzez wbudowywanie w stronę html i tworzenie dodatkowychplików.swf, sterujących nanoszeniem interaktywnychobiektów na mp4. Pliki sterujące.swf interpretowane są przezAdobe Flash Player, wtyczkę do przeglądarek WWW.Firma Adobe zaprzestała rozwoju wtyczek Flash Player doprzeglądarek mobilnych (komunikat z jesieni 2011 r.), kierującprace rozwojowe na technologie związane z HTML5, może zgodniez sugestią Steve’a Jobsa: „Nowe, otwarte standardy, stworzonew „mobilnej erze” – np. HTML5 – zwyciężą na urządzeniachmobilnych (jak i na komputerach osobistych). Być może Adobepowinno w większym stopniu skupić się na tworzeniu świetnychnarzędzi standardu HTML5 patrząc w przyszłość, a w mniejszym– na krytykowaniu Apple za pozostawienie przeszłości tam, gdziejej miejsce.”W związku z tym technologie interaktywnych wideo oparte naFlash dla platform mobilnych mogą się dziś wydać mało perspektywiczne.Można powiedzieć – szkoda, ponieważ praktyczniedla wszystkich platform mobilnych, z wyjątkiem iOS, Flash byłdostępny. Czy obecnie opracowywane przez Adobe konwerteryFlasha na HTML5 będą w 100% przenosić interaktywność? Dladydaktyków medialnych byłoby to idealne wyjście z kłopotu stwarzanegoprzez firmę Apple na jej sprzęcie. „Tony” istniejącegointeraktywnego kontentu edukacyjnego utworzonego we Flashumogłyby stać się dostępne ze wszystkich urządzeń mobilnych.Zaangażowane dotychczas pieniądze w tworzenie tego kontentuoraz doświadczenie we Flashu dydaktyków na całym świeciestanowią silne bariery powstrzymujące szybkie zniknięcie z rynkutechnologii Flash (i rezygnowanie z przychodów z jej sprzedaży).Wobec silnych oporów użytkowników Flash i inwestorówkontentu wytworzonego we Flash przed rezygnacją z tej technologii,warto poznać obecne i przyszłe technologie wspomagająceudostępnianie tego kontentu na urządzeniach mobilnych, w tymz grupy iDevice.42Technologie wsparcia FlashSilny opór użytkowników przed zakończeniem rozwoju Flash i skalakłopotów z uzyskaniem cechy cross-platforms mobilnego kontentu,wynikających z konieczności dostosowania do rozmiaru i rozdzielczościekranu oraz problem braku implementacji Flash w niektórychurządzeniach mobilnych, generuje kreatywność twórcówinnowacyjnych technologii umożliwiających zarówno dostosowywanieinteraktywnych treści Flash (animacje, wideo) do rozmiarówi rozdzielczości ekranu urządzenia, jak również pokonania brakuimplementacji „Flash playera” dla danego urządzenia. Najnowsze(2. połowa 2011 r.) rozwiązania bazują na architekturze przeglądarki„w chmurze”. Wirtualna przeglądarka „w chmurze” składasię z dwóch części – serwera Web z internetową aplikacją, zachowującasię jak „tradycyjna” przeglądarka nieprzycięta do możliwościmobilnego sprzętu, oraz z natywnej aplikacji instalowalnejw urządzeniu mobilnym. Serwer komunikuje się zarówno z natywnąaplikacją, jak i pobiera stronę WWW z Flashem ze źródłowegoserwera. Pobieranie strony z Flash rozpoczyna natywna aplikacja,która przekazuje do serwera dane o stronie oraz o parametrachtechnicznych urządzenia. Server odtwarza bez ograniczeń Flashana swojej platformie i do aplikacji natywnej śle już właściwie przetworzonystrumień danych, dostosowany do ekranu.Przykładami takich innowacyjnych wirtualnych platform pośredniczących,rozlokowanych „w chmurze” są Cloud Browse(firmy AlwaysOn Technologies, Inc.) oraz iSwifter (najnowszystart-up YouWeb Incubator). Kierunek rozwoju technologii strumieniującychna żądanie multimedia (audio, wideo) rozwija sięsilnie – przykładami mogą być iCloud (firmy Apple) i Netflix (nowafirma na giełdzie NASDAQ). A skoro iDevices otrzymują strumieńod iSwiftera, to być może w przyszłości będzie mógł być on kierowanyza pomocą technologii AirPlay (firmy Apple) do odbiornikaAirPlay, jakim jest Apple TV. Historia rozwoju technologii zanotowałabypewnie ironicznie dziwny case – udostępniania rozwiązańFlash przez internetową telewizję on-demand Apple TV.Podobne technologie przeglądarek „w chmurze” rozwijają sięrównież dla rozwiązań HTML5, dla platform nie implementującychtego standardu. Pomijany w artykule jest oddzielny problemdostosowania platform LMS (Learning Management System) dourządzeń mobilnych, który musi być rozwiązywany przez oddzielniestworzony system lub tylko zmianę interfejsu z użytkownikiem(dla interfejsu w HTML5 być może tylko przez zmianę stylu określonegow CSS3).HTML5 – krótka charakterystykaHTML5 – od niedawna oficjalnie HTML – jest rozwinięciem językaHTML oraz jego odmiany XHTML, jednak jego specyfikacjaw wielu miejscach została dopracowana. W odróżnieniu odplanowanego, lecz porzuconego w 2009 roku standardu XHTML2.0, HTML5 zachowuje kompatybilność wsteczną. Rozwijany odpoczątków XXI wieku, formalnie dalej w opracowaniu, uznawanyjest – słusznie lub nie – za pogromcę Flasha i idealnie bez barier,dopasowanego do świata różnorodnych urządzeń mobilnych.HTML5 wprowadza wiele nowości, m.in. kilkadziesiąt nowychtagów związanych z:‣ semantyczną warstwą (nowe tagi lepiej organizujące zawartośćstrony i w związku z tym lepiej wyszukiwaną przez wyszukiwarkiinternetowe),‣ tworzeniem formularzy (autokontrola zawartości pól),‣ aspektami multimedialnymi.Jednak prawdopodobnie najlepszym elementem HTML5 jestzdolność cache’owania danych w pamięci podręcznej aplikacji.Jest to przydatne do przechowywania skryptów JavaScript, CSSoraz obrazów w pamięci urządzenia. Dzięki temu, nawet w przy-Elektronika 4/2012

padku, kiedy użytkownik zostanie przełączony do trybu offline,większość z wymaganych elementów interfejsu będzie nadaldostępna.Kolejnym atutem HTML5 jest uniwersalność. Nie tylko dla wieluplatform mobilnych, ale również dla wielu różnych urządzeńw obrębie tej samej platformy. Utrzymanie semantyczności koduoraz stworzenie dobrze wyglądającej strony bez użycia Java-Scriptu i kaskadowych arkuszy daje może nie gwarancję, aleduże szanse zachowania dobrego wyglądu strony HTML5 bezwzględu na urządzenie mobilne, które ją pobrało.Multimedia w HTML5Ponieważ artykuł skupia się głównie na wizualnych, interaktywnychmożliwościach przekazu informacji, w tym treści szkoleniowychna urządzenia mobilne, warto przedstawić główne tagiHTML5 związane z multimediami.Wideo i audioHTML5 wprowadza możliwość osadzania plików multimedialnychza pomocą samego HTML. Nie będą już do tego wymagane technologietakie jak Flash ani inne wtyczki (plug-in). Przykład koduHTML5 z tagiem video i z tagiem audio, dalej omówionymi, podanona rys. 3./>/>Pobierz plikPobierz plikRys. 3. Przykład kodu HTML5 z wideo i audio akceptowanego przezwiększość przeglądarek WWW z pozycji 2–8 tabeliFig. 3. Example HTML5 video and audio code that are accepted bymost Web browsers, items 2–8 of TableRys. 4. Przykład wideo wbudowanego w stronę HTML5 [11]Fig. 4. Example of embedded video in HTML5 pageAtrybuty tagu video pozwalają określić rozmiary wideo naekranie (width, high), dodanie przez przeglądarkę na wideo sterującychkontrolek o wyglądzie zależnym od przeglądarki (controls),zawartość pierwszej klatki (poster), typ MIME (type) i nazwę plikuźródłowego wideo (source), odtwarzacz Flash i plik mp4 dla niego(object).Inne atrybuty tagu video umożliwiają:– autoplay (): automatyczny start po załadowaniu strony,– loop (): odtwarzanie przez przeglądarkę wideo w pętli,– preload (‘auto’, ‘metadata’, ‘none’): wartości tego atrybutu pozwalająokreślić, czy całe wideo ma być ładowane (auto) podczasładowania strony, czy tylko jego metadane (metadata)lub, że w ogóle w czasie ładowania strony nie będą ładowaneani wideo, ani jego metadane (none); większość przeglądarekprzez domniemanie przyjmuje wartość metadata.Podobne atrybuty są dla tagu audio.Przykład „natywnego” wideo mającego wsparcie w samejprzeglądarce przedstawia rys. 4.Nadal jednak nie jest zaaprobowany przez rynek dostawcówstandard kodowania multimediów w HTML5 (kodeki wideo i audio).Grupa Robocza opracowująca standard HTML5 już w 2009 r.zrezygnowała z wysiłku ustalenia grupy jednolitych kodeków zewzględu na niemożność uzgodnienia jej z największymi producentamirynkowymi. Trudności w ujednoliceniu kodeków wynikająz silnych obaw producentów, co do możliwości obudzenia siętzw. śpiących patentów (lub patentu) po przyjęciu jakiegoś kodekajako obowiązującego w HTML5 i po zrealizowaniu w oparciuo niego produktów. Obecną sytuację wsparcia przez przeglądarkiWWWW HTML5 i Flash oraz ich udział w rynku podaje tabela.Zestawione w niej zostały wspierane formaty wideo, z pominięciemformatu Ogg Theora z kontenera Ogg, wspieranego przezGoogle dla rozwiązań mobilnych oraz kontrowersyjnego formatuUdział w rynku przeglądarek WWW i wsparcie przez nie HTML5The market share of web browsers support the HTML5Przeglądarka WWWUdziałw rynkuWsparcie HTML5WsparcieFlash1. Internet Explorer 6/7/8 31% Nie Tak2. Internet Explorer 9 25% Tak(MP4) Nie3. Firefox 25% Tak(WebM) Tak4. Chrome 21% Tak (MP4+WebM) Tak5. Internet Explorer 9 8% Tak (MP4) Tak6. iOS 4% Tak (MP4) Nie7. Safari 3% Tak (MP4) Tak8. Android 2% Tak (MP4) Być może9. Opera 2% Tak (WebM) Tak10. BlackBerry 1% Nie NieElektronika 4/2012 43

H.264 wspieranego przez Microsoft. Format H.264 nie jest w pełnibezpłatny i nie znajduje poparcia Google. W tabeli pominiętezostały formaty, które mogą być odtwarzane przez przeglądarkipo zainstalowaniu wtyczek (np. WebM w Internet 9, lub H.264w Chrome).Rozwiązaniem problemu braku jednolitych kodeków dla wideoi audio jest przygotowywanie plików wideo i audio w formatachwspieranych przez przeglądarki. Trzeba skonstatować, żeHTML5 nie ułatwia producentom procesu przygotowania wideoi audio. Natomiast upraszcza użytkownikom końcowym korzystanieze stron utworzonych w HTML5 zawierających wideo lubaudio, ponieważ HTML5, bez względu na urządzenie dostępowejest dla nich transparentny pod warunkiem, że zostaną uprzedniozrobione wersje plików wideo/audio i podane jako wartości atrybutówsource (rys. 3) tagu video i/lub audio.Grafika rastrowaTag canvas definiuje kontener grafiki – jest to prostokątny obszargrafiki rastrowej, w którym można rysować za pomocą JavaScript.Funkcjonalność oferowana przez canvas:• rysowanie prostokątów i ścieżek (linie, łuki, krzywe Beziera lubkrzywe drugiego stopnia),• wypełnianie figur kolorem (przezroczystość), wzorem lub gradientem(liniowym lub radialnym),• rysowanie napisów (lider),• przekształcenia (przesuwanie, skalowanie, obracanie, przekrzywianieitp.),• osadzanie obrazów rastrowych (PNG, JPEG, GIF),• cieniowanie,• style kompozycji określające, jak nowe treści są rysowane naistniejących składnikach canvas.Typowe zastosowania canvas:♦ grafy i wykresy,♦ gry,♦ aplikacje.Tag canvas wprowadza wiele możliwości, wymaga jednakprogramowania w JScript i dla edukatorów, aby mogli bezpośredniowykorzystywać ten silnik animacji jest trudny, użytkownikmusi operować na zbyt niskim poziomie technicznym, aby osiągaćefekty. Powstające biblioteki JSscript, np. LiquidCanvas czyRgraph, w ramach modelu DOM ułatwiają pracę, dają już gotowefunkcje rysowania, animowania grafiki i inne funkcje. Przykłademjeszcze jednej biblioteki jest slider.js. Jest to biblioteka jQuery,wykorzystująca style CSS Transition i tag canvas, przy pomocyktórej budowane są bardzo popularne obecnie „slajdery” – silnikido przeglądania obrazów/slajdów i nawigacji po nich. Przykład„slajdera” przedstawia rys. 6. Slidery służące do prezentowaniakolejnych obrazów, treści mają dostępne elementy nawigacji, takiejak wybór pozycji lub przyciski next/prev, przycisk pause orazbardzo pożyteczny hot spot – link do realizacji skoku na zewnątrz„slajdera”. Ten prosty stosunkowo silnik może być bardzo użytecznydla celów przekazywania treści szkoleniowych. Na przykładkolejne odsłony (slajdy) „slajdera” prezentują podstawowetreści, zaś ich rozszerzenie lub pomoce wykonywane mogą byćpoprzez skoki na zewnątrz. Przykłady „slajderów” i w różny sposóbzrealizowanych dla nich elementów interaktywnych przedstawiająrys. 7 i 8.„Slajdery” są analogiem interaktywnych wideo, np. nagranychz prezentacji Power Point i opatrzonych napisami i interaktywnymielementami Flasha lub XML z JScriptem (w zależności odużytych narzędzi produkcyjnych). Mają tę przewagę, że są transplatformowe,trans-przeglądarkowe.44Rys. 6. Przykład „slajdera” w momencie wykonywania przejścia miedzyslajdami (według CSS Transitions). Strzałki oznaczone przez „1”wskazują elementy nawigacji, strzałka na górze wskazuje link skokudo zewnętrznego URL [12]Fig. 6. Slider in the moment of the transition between slides (by CSSTransitions). Arrows marked by “1” indicates the navigation items,the arrow on the top indicates the link of the jump to an external URLRys. 7. Slider z naniesionym tekstem na grafikę, z przyciskami nawigacjii pauzy [12]Fig. 7. Slider with text to graphics, the navigation buttons and presspauseRys. 8. Przykład „slajdera” z zaznaczonymi elementami interaktywnymi,w tym menu (z lewej strony) [12]Fig. 8. Slider with marked interactive elements such as menu (left side)Elektronika 4/2012

Canvas może wprowadzić prawdziwą rewolucję w świecietechnologii WWW. Pozwala tworzyć interaktywne aplikacje, któremogą z powodzeniem konkurować z odpowiednikami desktopowymi.Inne innowacyjne elementy HTML5Oprócz tagów video, audio i canvas wspierających interaktywnemultimedia istnieją w HTML5 i związanej z nim specyfikacji CSS3oraz w rekomendowanych w specyfikacji HTML5 technologiach,inne innowacyjne elementy, które umożliwią opracowywanie m.in.nowoczesnych narzędzi autorskich dla tworzenia treści w pełniwykorzystujących możliwości HTML5.HTML5 i rekomendowane w nim technologie:● Web Storage – możliwość zapamiętywania przez przeglądarkędużej ilości danych w czasie sesji lub między sesjami,● Indexed Databases – zdefiniowany interfejs API (w modeluJScript DOM) do baz danych, zapewnia obsługę baz danychprzez przeglądarkę,● Drag&Drop – specyfikacja HTML5 definiuje mechanizm przesuwaniai upuszczania elementów na stronie w wyniku zdarzeńna obiekcie (kliknięcie, najechanie myszy),● Web Workers – specyfikacja HTML5 definiuje interfejs programistycznydla przeglądarki umożliwiającej wielowątkowewykonywanie skryptów JScript (np. naliczania w tle statystykz testów),● Cors (Cross-origin resource sharing) – umożliwia dostępz przeglądarki do zasobów zlokalizowanych w różnych URL,nie tylko z lokalizacji strony,● Data URI – umożliwia (w kodzie html strony lub css) przekazaniedo przeglądarki krótkich zawartości binarnych bezpośredniona stronie (szybciej), a nie poprzez żądanie protokołu httpzawierające adres zasobu binarnego (dla wielu krótkich plikówlepiej, w celu przyspieszenia, ich zawartość podawać w kodziestrony).CSS3Rys. 9. Stopień wsparcia przez przeglądarki WWW elementów HTML5użytecznych dla tworzenia i udostępniania interaktywnych treściszkoleniowych (źródło własne, na podstawie [10])Fig. 9. The support degree by the web browser of HTML5 elementsuseful for creating and sharing interactive training content● Media Queries – umożliwia odpytanie przeglądarki o parametryurządzenia, na którym działa, i w wyniku odpowiedzi dostosowaniestylu przekazywanych na stronie treści;● Transition – określa sposób przejścia miedzy między kolejnymigrafikami (slajdami);● Transform (2D i 3D) – pozwala określić sposób przekształcaniaobiektu graficznego w dwóch lub trzech wymiarach;● @font-face – umożliwia zdefiniowanie lokalizacji czcionki dościągnięcia w sytuacji jej nieobecności (np. symboli matematycznych).Warto zwrócić uwagę na te elementy HTML5 (Indexed Databases,Web Storage, Web Workers), które mogą mieć zastosowaniew pracy z elektronicznym kursem w trybie offline, bez połączeniaz Internetem lub na element Cors, umożliwiający np. pobieranieróżnych elementów elektronicznego kursu z repozytoriów w różnychlokalizacjach oraz na elementy (Media Queries,@font-face)dające możliwości dostosowania, niezauważalnego dla użytkownika,stylu stron (treści) do charakterystyki urządzenia.Rysunek 9 przedstawia stopień wsparcia HTML5, z zaznaczeniemelementów szczególnie użytecznych do tworzenia interaktywnychtreści, ich dystrybucji oraz dostępności i atrakcyjności dlaużytkownika. Zwraca uwagę niski stopień implementacji innowacyjnychelementów HTML5 w przeglądarkach IE w wersjach poniżej9. Dopiero od wersji 9 IE MS oficjalnie wspiera HTML5.Wszystkie zaprezentowane elementy mają względną wadę– są trudne w bezpośrednim użyciu dla twórców treści szkoleniowych,którzy na ogół nie są programistami. Dydaktycy medialnii autorzy treści muszą poczekać na narzędzia autorskie opartena standardzie HTML5, produkujące treści zapisane w formach(np. obiekty SCORM, wideo, audio) dostosowanych zarówno doróżnorodnych urządzeń mobilnych i ich systemów operacyjnych,jak i komputerów stacjonarnych z systemami Windows i OS. Zaczynająjuż takie środowiska edycyjne powstawać. Na przykładAdobe opracowuje technologię Edge tworzenia interaktywnychtreści w HTML5 na urządzenia mobilne, zaprzestając rozwoju odtwarzaczyFlasha dla tych urządzeń. Innym przykładem jest seriaproduktów Claro, zgodnych ze standardem e-learningu SCORM2004 i AICC, umożliwiających tworzenie treści interaktywnych,opartych na możliwościach HTML5 dla komputerów stacjonarnychi urządzeń mobilnych.PodsumowanieW dyskusji, czy HTML5 jest zabójcą Flasha i czy rozpoczął siępoczątek końca Flasha wraz z początkiem HTML5, można powiedzieć,że tak – rozpoczął się bardzo powolny schyłek Flasha,który potrwa wiele lat dopóty, dopóki:– nie wejdą na rynek i nie upowszechnią się narzędzia tworząceinteraktywne, multimedialne treści w HTML5, dziś na rynku sądopiero pierwsze ich początki,– nie wejdzie na rynek produkcji kontentu pokolenie ludzi niemających doświadczeń we Flash, zdobywających na starciedoświadczenie w HTML5,– nie zostaną „przestawieni” na tory nowej technologii HTML5i nowych narzędzi ludzie, którzy latami pracowali we Flash,– nie zostaną wycofane, z powodu procesu starzenia się technologicznego,zasoby z udziałem Flash,– Adobe nie wypuści narzędzi opartych na HTML5 (nowe wersjeEdge?), umożliwiających tworzenie nowych treści w HTML5na komputery stacjonarne oraz konwertujące istniejące treścioparte na Flash na standard HTML5.HTML5 jest transparentny dla większości użytkowników końcowych.Odbiorcy treści szkoleniowych – pracownicy, studenci,uczniowie będą mogli bezproblemowo pobierać ze swoich urządzeńmobilnych treści zawierające interaktywne wideo, czy tow wyniku zastosowania wbudowanego w stronę HTML5 wideo,czy też w wyniku metody bardziej obciążającej producentówtreści, polegającej na przygotowaniu różnych wersji wideo, abyprzeglądarka zadecydowała, którą wersję załadować z serwera.Trudno jednoznacznie stwierdzić, do jakich formatów możeograniczyć się przygotowywanie wersji wideo. Uwzględniając koniecznośćinstalacji wtyczek do przeglądarek można ograniczyćsię do dwóch – w formacie H.264 i OGG Theora, ponieważ te dwaElektronika 4/2012 45

Rys. 10. Udział w konsumenckim rynku europejskim urządzeń mobilnych i tabletów [5]Fig. 10. Participation in the European market mobile devicesRys. 11. Udział w ruchu w Internecie klasycznych komputerów PC,smartfonów i tabletów [5]Fig. 11. Participation in the Internet traffic of the classic PCs, mobiledevices and tablet PCsstandardy akceptują prawie wszystkie przeglądarki. Lepszym wyborem,bo bez konieczności wtyczek, w ślad za informacjami zebranymiw tabeli, może być para MP4 i WebM.W zależności od potrzeby użytkownika, treści będą mogły byćdostępne przez przeglądarkę online lub offline bez potrzeby stałegodostępu do Internetu, co jest wygodne zwłaszcza w podróży.Możliwość pracy w trybie offline bez Internetu poprzez przeglądarkęwyprze zapewne natywne odtwarzacze SCORM borykającesię z odtwarzaniem wideo niedopasowanych do danego urządzeniamobilnego, zawartych w obiektach szkoleniowych zgodnychze standardem SCORM.Raporty z badań przeprowadzonych w okresie sierpień-październik2011 r., przedstawione na konferencji [5], dotyczące europejskiego(badania przeprowadzono w 5 krajach europejskich) rynkukonsumenckiego urządzeń mobilnych wskazują na zwiększanie sięw ogromnym tempie używania smartfonów i w zależności od porydnia, nawet wypieranie klasycznych komputerów PC przez urządzeniamobilne, w tym tablety, nieuznawane za urządzenia mobilnychużytkowników ze względu na realizowany dostęp do Internetugłównie z hot spotów, a nie poprzez 3G. Zanotowano eksplozję napoziomie 330,2% systemu Android mającego w końcu roku 201127% udziału w rynku europejskim. Nadal jednak największy udział(30%) w tym rynku ma ekosystem iDevice urządzeń Apple (rys. 10),który wykazuje nadal ekspansję wzrostu na poziomie 54,3%.46Warto zauważyć, że ruch w Internecie w większości powodująużytkownicy z komputerów PC (rys. 11).Wspomniany raport wykazuje, że ponad 70% użytkownikówsmartfonów sięga za ich pomocą po treści informacyjne, w tymponad 60% z nich specjalnie przygotowane na urządzenia mobilne.Łatwo przewidzieć, że ta tendencja wzrostowa będzie kontynuowana,do czego w coraz większym stopniu przyczyniać siębędzie wsparcie HTML5 przez Apple, Google i Microsoft i upowszechnianienarzędzi generujących treści w HTML5 dla urządzeńmobilnych.Penetracja rynku przez urządzenia mobilne w 5 krajach europejskichprzy średnim poziomie 42% jest nawet wyższa od poziomu39% w Stanach Zjednoczonych i cały czas ma kierunek wzrostowy.Specjaliści zaangażowani w produkcję kontentu, zwłaszcza kontentuszkoleniowego, powinni mieć na uwadze, że na fali tego głównegonurtu wzrostu ilości i używalności urządzeń mobilnych dla celówinformacyjnych będzie wzrastał apetyt odbiorców na treści krótkie,dokładnie sprofilowane pod potrzeby i niezwłocznie dostarczaneużytkownikowi (just-in-time, just-enough, and just-for-me bite-sizelearning module). Uwzględniając w dodatku coraz większe zapotrzebowaniena wizualizację informacji można wskazać na profilowanepod parametry urządzenia (przez przeglądarkę HTML5) wideo w formatachnie wymagających instalowania kodeka, jako jedną z najbardziejpopularnych form przekazywania treści w przyszłości.Literatura[1] Georgenes Ch.: How to Cheat in Adobe Flash CS5: The Art of Designand Animation. Focal Press, 2010.[2] Mark D., Nuttinh J., La Marche J.: Beginning iOS 5 Development:Exploring the iOS SDK. Apress, 2011.[3] Clark N. Quinn, Ph. D.: M-Learning: Landscape and Trends. TheElearning Guild Research, 2011.[4] Learning TRENDS by Elliott Masie, February 1, 2012, #707 – Updateson Learning, Business & Technology, http://www.masie.com[5] Whitepaper&Slides, “Connected Europe: How Smartphones andTablets are Shifting Media Consumption” Conference, January 23,2012, by Digital Life Design (DLD).[6] Netografia:[7] www.w3.org/TR/html5/[8] http://www.apple.com/hotnews/thoughts-on-flash/[9] http://vimeo.com/16455248[10] http://vandelaydesign.com/blog/web-development/jquery-image-galleries/[11] http://html5readiness.com/[12] http://videojs.com/[13] http://sliderjs.org/Elektronika 4/2012