KOSINA, P. Planární obvodové prvky na technické keramice s nízkou teplotou výpalu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2012.
Disertační práce rozšiřuje poznatky a znalosti z oboru použití nízkoteplotních keramických substrátů, které jsou použity pro konstrukci senzorů, keramických pouzder a vývoji planárních obvodových prvků. Práce obsahuje měření na navržených aplikacích, které je doplněné počítačovou simulaci. V rámci řešení práce bylo doktorandem zbudováno pracoviště pro aplikace LTCC keramiky, byly stanoveny technologické postupy jejího zpracování. Během řešení disertační práce se mnou doktorand po odborné stránce a koncepci řešení z neuvedených důvodů téměř vůbec nekomunikoval. Na základě předložených výsledků práce a závěrečné disertace je patrno, že doktorand splnil cíle disertace a prokázal schopnosti vědecké práce. Práci doporučuji k obhajobě.
Oponentní posudek na dizertační práci PLANÁRNÍ OBVODOVÉ PRVKY NA TECHNICKÉ KERAMICE S NÍZKOU TEPLOTOU VÝPALU Autor: Ing. Petr Kosina Oponent: doc. RNDr. Jiří Dřímal, CSc. Posuzovaná dizertační práce se zabývá technologií keramiky s nízkou teplotou výpalu a přípravou a testováním struktur kde je technologických možností keramiky s nízkou teplotou výpalu využito. Tato problematika představuje v současné době velmi významnou oblast ve výzkumu keramických materiálů a umožňuje dosažení zcela nových konstrukcí a tím i rychlou návratnost prostředků investovaných do vývoje. Z odborného i společenského hlediska je proto tato tématika velmi aktuální. Text posuzované dizertační práce má rozsah 98 stran, včetně seznamu literatury. K práci jsou připojeny přílohy v rozsahu 15 stran a krátký odborný životopis autora. Po krátkém úvodu je v kapitole “2. Rozbor současného stavu“ představena technologie nízkoteplotní keramiky LTTC a s ohledem na předpokládané aplikace je proveden rozbor vlastností planárních obvodových prvků. Vzhledem k předpokládanému využití při testování a optimalizaci navržených konstrukcí je zde věnována poměrně velká pozornost částečným výbojům a modelování v programu COMSOL Multiphysics. V souladu s doporučenou formou práce jsou v kapitole “3. Cíle dizertační práce“ stanoveny požadavky na její vypracování. Pro zajištění úspěšných aplikací LTCC technologie bylo nutné na ústavu mikroelektroniky vytvořit specializované pracoviště. Popis tohoto pracoviště, rozbor použitých metod a popis vyvinutých zařízení je uveden v kapitole “4. Technologie LTCC na Ústavu mikroelektroniky“ Konstrukční řešení popsaná v kapitole “ 5. Realizované aplikace“ jsou původní prací autora dizertace a velmi vhodně ilustrují technologické možnosti keramiky LTCC. Na senzoru tlaku byla demonstrována možnost poměrně snadné výroby konstrukčních prvků s přesně definovanými dutinami. Pro praktické použití je velmi důležitá chemická odolnost senzoru, vysoká pracovní teplota a pravděpodobně i dlouhodobá stabilita. Určité nedostatky současné konstrukce - poměrně malá citlivosti zhotoveného tlakového senzoru a relativně malý rozsah tlaku, pro který byl přístroj testován, bude pravděpodobně v dalším vývoji možné odstranit. Splnění poměrně složitých požadavků zadaných pro pouzdro čipu modulátoru terahertzových vln ukazuje jednu z největších výhod keramiky LTCC. Tím že je mechanické obrábění možné nahradit vhodnou přípravou pásků LTCC keramiky lze i v takto komplikovaných případech nalézt jednoduché a relativně levné řešení. V další části kapitoly 5 je ukázáno jak keramika LTCC umožňuje nové konstrukční řešení izolačních systémů. Kromě zajištění izolačního napětí v řádu jednotek až desítek kV lze předpokládat také velkou chemickou odolnost, vysokou pracovní teplotu a bezpochyby také velmi dlouhou dobu použitelnosti takového izolačního systému. Využití elektrodového systému s keramikou LTTC pro výboj s dielektrickou bariérou a generování ozónu je z těchto důvodů velmi vhodné a oproti stávajícím konstrukcím zajistí funkci takového elektrodového systému na kvalitativně vyšší úrovni. Popis konstrukčního řešení planárních obvodových prvků v závěru této kapitoly je velmi podrobný, konstrukční návrh je doplněn modelováním vlastních prvků i modelováním parazitních jevů jako skin efekt a proximity efekt. Použití částečných výbojů pro testování izolační pevnosti mezi primárním a sekundárním vinutím, popsané v této kapitole v souvislosti s návrhem planárního transformátoru, je v dané situaci velmi vhodné. Na rozdíl od standardních měření pomocí stejnosměrného nebo střídavého napětí, odhalí tato metoda předprůrazové jevy a nedojde k destrukci izolace. Předložená dizertace představuje značný objem konstrukční a experimentální práce, kterou autor práce zvládl na velmi dobré úrovni. K vlastnímu textu práce nemám zásadních výhrad. V textu je pouze několik drobných překlepů. Grafická úprava je velice kvalitní. Dizertační práce Ing. Petra Kosiny nepochybně rozšiřuje obecné znalosti v problematice technologie nízkoteplotní keramiky. Při řešení své dizertace uplatnil řadu velmi dobrých nápadů a podařilo se mu s relativně malými náklady sestavit specializované pracoviště jak pro výrobu, tak i pro testování keramiky LTCC. Přednosti LTCC technologie tak mohly být demonstrovány na vývoji keramických pouzder, konstrukci elektrodových systémů pro generaci ozónu, konstrukci tlakového senzoru a ve vývoji planárních obvodových prvků. Cíle dizertační práce byly splněny. Ing. Petr Kosina prokázal, že je schopen samostatné práce vědeckého charakteru, jeho práce odpovídá obecně uznávaným požadavkům kladeným na dizertační práci, obsahuje původní výsledky, které byly průběžně publikovány. Práce tedy splňuje podmínky §47, odst. 4 zákona č. 111/98 Sb. Doporučuji proto disertační práci Ing. Petra Kosiny k obhajobě. Dotazy 1. Testovali jste vliv teploty generátoru ozonu na životnost elektrod? 2. Pravděpodobně jste neměřili produkci ozonu pro jednotlivé konfigurace elektrod. Jak byste taková měření prováděl? 3. Vysvětlete rozdíl v hodnotě zápalného napětí pro ozonizátor s dielektrickým korundovým substrátem (tloušťka 0.215 mm) a strukturou LTCC (tloušťka 0.1 mm) – tab.14 V Brně, 25. 7. 2012 Doc. RNDr. Jiří Dřímal, CSc. LIFETECH s.r.o. Šumavská 15, 602 00 Brno
doc. Ing. Vladimír Kolařík, Ph.D. Ústav přístrojové techniky AV ČR, v. v. i. Královopolská 147, 612 00 Brno Posudek doktorské disertační práce Doktorand: Ing. Petr Kosina Název práce: Planární obvodové prvky na technické keramice s nízkou teplotou výpalu Oponent: doc. Ing. Vladimír Kolařík, Ph.D. Předložená disertační práce se zabývá důležitou tématikou obvodových prvků navržených a realizovaných na technické keramice. Rozsah práce je odpovídající, obsahuje 113 číslovaných stran (od strany 89 se jedná o seznamy a přílohy). Práce je členěna do 6 kapitol a obsahuje 91 číslovaných odkazů na literaturu. K práci jsem zaujal níže uvedené stanovisko. 1. Aktuálnost zvoleného tématu Hledání, návrh a realizace nových konstrukčních a obvodových prvků je bezesporu aktuálním tématem. Nízkoteplotně vypalovaná keramika LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) byla vyvíjena od 50. a 60. letech minulého století. Její hlavní využití je v oblasti realizace vícevrstvých obvodových struktur. Její použití v případě nových obvodových prvků a s důrazem na využití jejích výhodných elektrických a mechanických vlastností, tak jak je prezentováno v předložené práci, je velmi zajímavé a aktuální. Zvolené téma má disertabilní charakter, odpovídá moderním trendům v oboru doktorského studia a přispívá k dalšímu rozvoji analýzy spolehlivosti pájených spojů. 2. Splnění cíle disertace, původní přínosné části Cílem disertace bylo rozšíření poznatků z oblasti LTCC při návrhu, vývoji a realizaci speciálních pouzder, elektrodových prvků, snímačů a planárních obvodových prvků. Tyto cíle jsou specifikovány v kap. 3 (str. 23) a dále konkretizovány a rozvedeny do devíti kroků (str. 24 25). Cíle obsahují zejména disertabilní část, tedy návrh konkrétních prvků a obvodů (snímač tlaku, pouzdro pro čip modulátoru teraherzových vln, elektrodový systém pro výboj s dielektrickou bariérou, planární cívky a transformátory). Tato část je bezesporu původní a disertabilní. Navíc jsou definovány cíle spíše technického a inženýrského charakteru, bez nichž by však pokrok v disertabilní části nebyl možný (lis pro laminační proces, optimalizace technologických postupů, měřící pracoviště, podpůrné nástroje a modely pro analýzu vlastností jednotlivých prvků). Daným způsobem je tedy velmi vhodně skloubeno a vyváženo vědecké zaměření doktoranda se zaměřením na podpůrnou technologickou oblast. Cíle byly stanoveny uváženě a představují přínos pro praxi a rozvíjí vědní obor. Práce je přehledně členěna do 6 kapitol. Kap. 2 má charakter kvalitní rešerše ve vztahu k dané problematice a kap. 4 ilustrativně a přehledně shrnuje stav technologie LTCC na ústavu mikroelektroniky. Těžištěm práce je kap. 5 demonstrující splnění vytyčených cílů; v jednotlivých podkapitolách jsou zde popsány výsledky vývoje citovaných aplikací. 3. Publikování jádra disertační práce Jádro disertace považuji za publikované (viz přiložené články o kapacitním snímači, transformátoru a pouzdření modulátoru THz vln). Poznámka: článek Planar Transformer publikován v rámci konference Electronic Devices and Systems IMAPS CS International Conference 2012 v červnu v Brně. Nejedená se sice o stěžejní konference nebo impaktované časopisy, avšak s ohledem na další autorovy významnější publikace v dané oblasti (například technologie LTCC, spolehlivost pájení apod.) lze odůvodněně předpokládat brzké publikování disertabilní části práce i na významnějším fóru. 4. Seznam vědecké činnosti Autorova publikační činnost je poměrně rozsáhlá, o čemž svědčí i bodové hodnocení jeho vědecké a výzkumné činnosti (208 bodů přičemž pro přihlášku k obhajobě disertace je požadováno 50 bodů). Prakticky všechny publikace se týkají tématu disertace nebo s ním přímo souvisejí. Publikace jsou zpravidla menšího významu, ale v seznamu publikací jsou i příspěvky na mezinárodních konferencích. Kromě publikačních výstupů jsou uvedeny i čtyři aplikační výstupy (funkční vzorky). Mohu konstatovat, že na základě publikační činnosti lze považovat doktoranda za pracovníka s vědeckou erudicí. 5. Další skutečnosti Vyjádření k formální úpravě disertační práce. Autor vytvořil srozumitelnou a velmi dobře napsanou práci s kvalitní grafickou úpravou. Zřídka se vyskytující drobné nedostatky spíše překvapí, než by byly na závadu celkového vyznění práce. Poznámka: seznam symbolů by bylo vhodné doplnit o jednotky daných veličin. 6. Shrnutí a závěr Oponovaná práce je zaměřena na aktuální téma, konkrétně vývoj a realizaci konstrukčních a obvodových prvků s využitím technologie LTCC. Z disertační práce, přiložených publikací a seznamu výstupů je zřejmé, že se doktorand seznámil se stavem poznání v daném oboru, využil a rozvinul technologické zázemí LTCC na ústavu, zabýval se podrobně a pečlivě danou problematikou a dospěl k praktickým řešením nových prvků včetně analýzy funkčních vlastností a mezí jejich funkčnosti, čímž splnil vytyčené cíle. Doktorand řešil práci samostatně a jeho vlastní podíl na původnosti řešení je zřetelný. V oponované práci nejsou zásadní chyby teoretického charakteru ani vážné nedostatky. Výsledky uvedené v práci mají nesporný význam jako samostatné výstupy i z pohledu připravenosti technologie a metodiky pro další výzkum do budoucnosti. Disertace splňuje podmínky samostatné tvůrčí vědecké práce a obsahuje původní výsledky, které byly průběžně publikovány. Práce splňuje podmínky §47, odst. 4 zákona č. 111/98 Sb. Proto doporučuji disertační práci Ing. Petra Kosiny k obhajobě. Dotazy a připomínky 1. K tlakovému senzoru. a. U měření tlakového senzoru realizovaného LTCC membránou je třeba zjistit propustnost membrány pro plyny, které se budou měřit. Bylo to zjišťováno? b. Ze simulace průhybu (obr. 35, str. 50) není zcela zřejmé, zda se jedná o jednorozměrný model (strunu) nebo řez dvourozměrným modelem (membránou). Budou výsledky stejné pro obecný případ resp. konkrétně pro válcovou dutinu? c. Předpokládám, že při výpočtu kapacity pro jednotlivé tlaky resp. průhyby se integrovaly elementární kapacity. Je to tak? d. Je možné zvýšit citlivost snímače, pokud by byl průměr elektrod menší než průměr dutiny? e. Bylo by v technologii LTCC možné pomocí distančních sloupků ošetřit zkrat při vysokých tlacích? f. Je smrštivost LTCC dominantním faktorem zvýšení nominální hodnoty kapacity snímače? 2. Proč mají planární cívky pravoúhlý tvar? Z hlediska elektrických vlastnosti by byl asi výhodnější tvar kruhový. 3. Je navázána spolupráce s průmyslovým partnerem, který by byl schopen využít výsledků vývoje pro výrobu ve větším měřítku? V Brně 31. července 2012
eVSKP id 52000