一种电路制造设备及电路制造方法技术

本发明专利技术公开了一种电路制造设备及方法。所述电路制造设备包括：打印喷头；位置及距离监测组件，其用于进行所述打印喷头的喷嘴与所述承印面上目标区域之间的位置对准和距离确认；驱动机构，其用于驱使打印喷头进行如下动作中的至少一种：沿一水平面上的第一方向移动、沿一水平面上垂直于第一方向的第二方向移动、沿竖直方向移动、发生倾斜至自身轴线与竖直方向之间具有所需夹角、绕自身轴线旋转；以及控制单元，其至少与所述打印喷头、位置及距离监测组件及驱动机构连接。较之现有技术，本发明专利技术通过分级调整角度，可以有效兼顾打印电路的精准度和生产效率，并大幅降低生产成本，显著改善产品质量。产品质量。产品质量。

【技术实现步骤摘要】
一种电路制造设备及电路制造方法


[0001]本专利技术涉及一种电路制造方法，具体涉及一种采用印刷法制造电路的方法，属于增材制造


技术介绍

[0002]随着增材制造技术的发展,直接在各种表面采用印刷法制造电路、天线等导电部件也逐渐成为可能。目前印刷各种导体、半导体和介电层的材料和工艺研究都已经取得了醒目的成果,但大部分时候还是不能取代传统半导体集成电路。因此，目前一个重要的主流方法是Hybrid Electronics，即“混合制造电子”。简单来说，就是用印刷法制造的导线来连接传统的电子元器件，如电容、电阻、电感、芯片、发光二极管(LED)等。换一个角度来看，这样的电路更加类似于PCB或者FPC电路板，但制造工艺有了革命性的变化，特别是采用印刷法制造的导线或者其它导电部件来取代以往用整张铜箔蚀刻而成的导电部件。
[0003]为更加具体形象地说明上述混合制造电子技术的特征，可以将印刷法天线RFID标签作为一个具体实例。通常的做法是先印刷天线并加热处理，然后将芯片固定到预留好的位置，并保证芯片与天线之间的连接。其它复杂的混合制造电路也是通过类似的过程进行生产：先印刷出电路，然后将各种元器件固定在预留位置，并完成元器件与电路之间的连接。
[0004]上述方法虽然能够最大限度地配合现有的电路生产工艺，提高大规模量产的效率，也存在着一些不足。最突出的问题之一，是该工艺流程实质上限制了印刷法作为增材制造技术在特殊电路定制化方面的优势。例如，“混合制造电子”一个重要的需求就是在比较复杂的3D表面上直接打印导电材料，从而构成导线、电极、天线等导体部件，或者与其它半导体、介电等材料套印形成电子元器件。而从原理上讲，印刷法确实可以在不规则的表面上直接定制电路。但如果采用类似电路板的生产流程，就会将该方法限制在薄膜或者板材上制作，浪费了印刷法制作电路的潜力。
[0005]但是在实际操作中，这种直接在带有水平夹角的待印表面上打印精细导电图案的设想也存在着技术难题。由于喷墨打印、气流喷印等设备的墨滴初速度达到4
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50米/秒左右，并经历了一定时间的重力加速度过程，因此墨滴在撞击到非垂直方向的待印表面时，会产生较为可观的侧向移动速度，从而到影响打印图形的精度，在高分辨率的打印操作中，这样的偏差是一个无法忽视的因素。另外，在水平夹角较大的待印表面上的液体还会在重力与倾斜角的共同作用下逐渐向下移动，对于不能瞬间干燥的墨滴而言，这也是影响打印效果的重要因素。
[0006]为此，需要开发新的制造设备和工艺以满足特殊场景下的电路增材制造，以作为主流方法的重要补充。例如，对于一些小型的3D复杂表面，一般采用打印头固定，待印表面运动的方式，通过5
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6自由度的机械手运动来保证承印表面局部的水平状态，从而实现3D表面的电路打印。而对于这种在复杂3D表面上制作的电路，目前的贴片、点胶、局部加热等工艺在经过适当的改进之后也有能力进行配套，最终在这类表面上生产出可以工作的电路。
[0007]目前最具有挑战性的应用场景在于，如何在较大尺寸的3D复杂表面打印导电油墨。例如，当整个待印物体的材质为金属等高密度材料、尺寸超过1米时，总质量将很容易超过100千克，甚至超过1吨。对于这种应用场景，现有的机械手调节待印表面水平度的解决方案将不再适用，只能改用类似液压等力矩更大的方案。在这种情况下，待印表面的水平调节程度很难达到精细的水平。即使理论上可以通过多次调节达到高质量的水平程度,也会严重拖累系统的打印速度，降低其生产效率，以及大幅提高生产成本。
[0008]即使通过喷头机构的角度调节实现喷头与待印表面的垂直，在水平夹角较大的应用场景下仍然存在严重的隐患。具体表现为，待印表面上的墨滴在干燥之前会因为重力与倾斜角的共同作用而自发向下移动，从而严重影响打印效果。而打印墨滴的瞬间干燥对于一些采用难挥发溶剂油墨而言很难实现，即使勉强做到，也会因为溶剂挥发速度过快而严重损害油墨中功能材料的成膜品质，进而造成产品性能的严重下降。

技术实现思路

[0009]本专利技术的主要目的在于提供了一种电路制造设备及电路制造方法，从而克服现有技术中的不足。
[0010]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0011]本专利技术实施例提供了一种电路制造设备，其包括：
[0012]打印喷头，其用于在待印物体的承印面上印刷导电油墨而形成所需电路；
[0013]位置及距离监测组件，其用于进行所述打印喷头的喷嘴与所述承印面上目标区域之间的位置对准和距离确认；
[0014]驱动机构，其用于驱使打印喷头进行如下动作中的至少一种：沿一水平面上的第一方向移动、沿一水平面上垂直于第一方向的第二方向移动、沿竖直方向移动、发生倾斜至自身轴线与竖直方向之间具有所需夹角、绕自身轴线旋转；以及
[0015]控制单元，其至少与所述打印喷头、位置及距离监测组件及驱动机构连接。
[0016]在一些实施方式中，所述位置及距离监测组件包括通过分布在打印喷头周围的视觉识别特征标记和多点测距传感器。
[0017]在一些实施方式中，所述待印物体放置在支撑机构上，所述支撑机构至少可以驱使待印物体进行旋转和/或沿竖直方向和/或水平方向运动。
[0018]本专利技术实施例还提供了一种电路制造方法，其包括：
[0019]提供打印喷头，其用于在待印物体的承印面上印刷导电油墨而形成所需电路；
[0020]进行所述打印喷头的喷嘴与所述承印面上目标区域之间的位置对准和距离确认，并使所述喷嘴与所述目标区域之间的竖直距离为0.5
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10mm，以及使所述喷嘴与所述目标区域之间在水平方向上的直线偏差≦5mm；
[0021]依据所述喷嘴与所述目标区域之间的竖直距离以及在水平方向上的直线偏差值，计算所述目标区域与水平面之间形成的夹角；
[0022]其中，当所述目标区域与水平面之间形成的夹角小于或等于一临界值时，则使待印物体与打印喷头保持相对静止状态，而当所述目标区域与水平面之间形成的夹角大于所述临界值时，则驱使待印物体运动，至所述目标区域与水平面之间形成的夹角小于所述临界值，并再次计算所述目标区域与水平面之间形成的夹角；
[0023]依据所述目标区域与水平面之间形成的夹角，使打印喷头进行如下动作中的至少一种：沿一水平面上的第一方向移动、沿一水平面上垂直于第一方向的第二方向移动、沿竖直方向移动、发生倾斜至自身轴线与竖直方向之间具有所需夹角、绕自身轴线旋转，从而使所述喷嘴的打印油墨喷射方向始终垂直于所述目标区域。
[0024]在一些实施方式中，所述的电路制造方法包括：通过分布在打印喷头周围的视觉识别特征标记和多点测距传感器实现所述喷嘴与所述目标区域之间的位置对准和距离确认。
[0025]在一些实施方式中，所述临界值为1
°‑
30
°
。
[0026]在一些实施方式中，所述的电路制造方法包括：依据所述喷嘴与所述目标区域之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电路制造设备，其特征在于包括：打印喷头，其用于在待印物体的承印面上印刷导电油墨而形成所需电路；位置及距离监测组件，其用于进行所述打印喷头的喷嘴与所述承印面上目标区域之间的位置对准和距离确认；驱动机构，其用于驱使打印喷头进行如下动作中的至少一种：沿一水平面上的第一方向移动、沿一水平面上垂直于第一方向的第二方向移动、沿竖直方向移动、发生倾斜至自身轴线与竖直方向之间具有所需夹角、绕自身轴线旋转；以及控制单元，其至少与所述打印喷头、位置及距离监测组件及驱动机构连接。2.根据权利要求1所述的电路制造系统，其特征在于：所述位置及距离监测组件包括通过分布在打印喷头周围的视觉识别特征标记和多点测距传感器。3.根据权利要求1所述的电路制造系统，其特征在于：所述待印物体放置在支撑机构上，所述支撑机构至少可以驱使待印物体进行旋转和/或沿竖直方向和/或水平方向运动。4.一种电路制造方法，其特征在于包括：提供打印喷头，其用于在待印物体的承印面上印刷导电油墨而形成所需电路；进行所述打印喷头的喷嘴与所述承印面上目标区域之间的位置对准和距离确认，并使所述喷嘴与所述目标区域之间的竖直距离为0.5
‑
10mm，以及使所述喷嘴与所述目标区域之间在水平方向上的直线偏差≦5mm；依据所述喷嘴与所述目标区域之间的竖直距离以及在水平方向上的直线偏差值，计算所述目标区域与水平面之间形成的夹角；其中，当所述目标区域与水平面之间形成的夹角小于或等于一临界值时，则使待印物体与打印喷头保持相对静止状态，而当所述目标区域与水平面之间形成的夹角大...

【专利技术属性】
技术研发人员：林剑，马昌期，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：