微电子打印机:柔性电路打印机、喷墨打印机、柔性印刷电子应用


微电子打印机、柔性电路打印机、喷墨打印机、柔性印刷电子应用。如今,一张纸和一块平板电视,都能放在一起来谈制造:它们都可以采用喷墨打印头(Inkjet Printheads)来“打印”。喷墨打印机最早是由IBM在上个世纪70年代为替代点阵打印机而发明的。不过,那时IBM的研究人员肯定没有想到,他们的发明有朝一日会成为电视、电子元件以及太阳能电池制造中的关键要素。大约十年前,为了满足快速、低成本地制造印刷电路,以及高效的在太阳能电池上沉积超薄导线,喷墨打印机开始逐步用于支持上述三种应用。

喷墨打印作为一种制造技术,经过长期地研究和开发后,在显示屏(智能手机、电视等)OLED薄膜封装领域,获得了首次大规模制造应用。OLED技术正驱动显示屏市场发展,它不仅为喷墨打印带来了市场机遇,还正在推动喷墨打印技术成为一种大众化的电子和微电子制造新工艺。

什么是微电子打印技术?

微电子打印是基于喷墨打印的一种将功能性材料涂覆在基板上的增材制造技术,适合多种应用。这些功能性材料可能具有介电性、导电性、粘附性或具有特定的机械、光学或化学特性。打印设备根据数字文件中的数据将材料以皮升大小的墨滴打印在基板上。凭借出色的墨滴定位和精准的墨滴量,微电子打印技术非常适合用于印刷电子、柔性电子、可穿戴电子、有机电子、传感器、PCB、半导体组件、智能包装等领域。微电子打印技术能打印低至50微米的细微特征,可代替光刻、丝网印刷、喷涂和点胶等技术。在微电子打印技术工艺中,基板与喷墨头之间的典型距离小于1 mm,因此它还是一种非接触式沉积技术。

微电子打印机的用途和效率

微电子打印机是一款面向印刷电子、柔性电子、有机电子及生物等领域,可实现功能材料数字图案化的高精度墨滴沉积仪。具备八通道墨路、支持多种材料叠层及混合打印沉积,具有高精密喷头、大理石平台、直线电机、金属光栅等保证喷印精度和重复定位精度。可用于喷印电路、射频天线、触摸屏、OLED/QLED显示照明、生物/蛋白阵列制造等。微电子打印技术的用途非常广泛,它不仅可以直接沉积图案化涂层或均匀涂层(厚度从数十纳米到数十微米),作为非接触式沉积技术,喷墨打印非常适合用于易碎的图案化基板。它能将沟槽和空腔填满,是直接印刷刻蚀掩膜和电镀掩膜的理想选择。由于工业打印头带有大量的平行喷嘴,工作频率极高,因此喷墨打印的速度非常快。

微电子打印机的主要应用

多层多材料微电子打印机适用范围广泛,可用于可穿戴电子器件制备,有机电子制备,碳管石墨烯器件打印,以及其他微电子器件制备,应用于可穿戴电子,柔性拉伸器件的功能材料油墨的研发工作。

PEJET系统采用模块化设计,确保极高的定制化程度,同时不会以牺牲可靠性和交货时间为代价。研发和工程用PEJET打印机具有出色的灵活性和工艺控制性,可加快产品开发速度、缩短产品上市时间。PEJET系列打印系统可集成至高度自动化的大规模生产环境中,确保极高的生产效率和可靠性,并降低运行成本。

微电子打印机走进大学课堂

现阶段微电子打印机已走进大学的课堂,如清华大学、哈尔滨工业大学等高校

清华大学工业基础训练中心 基于电路打印机开展《柔性印刷电子实验与探究》实践课

哈尔滨工业大学教学实验成果

微电子打印机的应用案例:

电致发光原理(electroluminescent),又可称电场发光,简称EL,是通过加在两电极的电压产生电场,被电场激发的电子碰击发光中心,而引致电子在能级间的跃迁、变化、复合导致发光的一种物理现象。电致发光器件,它由背面电极层、绝缘层、发光层、透明电极层和表面保护膜组成,利用发光材料在电场作用下产生光的特性,将电能转换为光能。冷光光源一般的工作电压和频率,经调整后操作电压可由AC40V~AC220V,而操作频率在50赫兹到4000赫兹之间,增加电压将会增加冷光亮度,若增加频率亦可增加亮度。

实验材料:ITO膜,PEDOT墨水,电致发光涂料,纳米银墨水,绝缘涂层材料

电致发光器件的制作流程:

基片准备——一般采用ITO膜,作为发光器件的透明前电极。

发光层印刷——将电致发光涂料用狭缝涂布设备印刷在ITO基片上,一般厚度20~40μm,可依据需要定制,但需要保证狭缝涂布印刷的厚度均匀,发光效果才会好。

绝缘层印刷——绝缘涂层材料狭缝涂布印刷在发光层上,厚度在20~30μm左右。

背电极印刷——纳米银导电银墨水印在绝缘层上。

保护层印刷——紫外固化油墨狭缝涂布印在背电极上。

可拉伸柔性电子器件

PDMS材料表面涂层处理后打印银电极

 

PET薄膜打印银导线电路制作发光书签

生物传感器

电子信号通讯应用

多层多材料柔性器件

 

柔性复杂电路打印

正是由于印刷电子技术所展示的特殊优点和发展潜力及其广阔的市场前景促使欧、美、日、韩等先进国家以及我国都将印刷电子技术视为未来电子产业发展的革命性解决方案,投入大量人力、物力进行相关材料、器件、工艺技术与设备的研究开发,以拓展印刷电子在通讯、新能源、信息显示、智能电子标签、各类传感器等民用和军事领域的应用。