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2023-06-15
电子元件喷印自由成形技术优化方案
【摘要】：目前，喷印自由成形的电子元件主要有：电容器、电感器、电阻器、晶体管和传感器等。图3-43 微型热管网络的喷印成形的过程a）喷印有机墨水 b）逐层喷印墨水 c）在热管网络中渗透低粘度环氧树脂 d）环氧树脂固化，去除易消散墨水美国康奈尔大学在其研制的Fab＠Home Model 1喷印机上，已自由成形电路、有机电化学晶体管、机电继电器、锌空气电池等［1-5，14]。图3-44 Fab＠Home Model 1喷印机
目前，喷印自由成形的电子元件主要有：电容器、电感器、电阻器、晶体管和传感器等。
美国加州大学伯克利分校描述了喷印自由成形有机底电极场效应晶体管（FET，见图3-40）的工艺过程（见图3-41）［8]，所用喷头为MicroFab公司的压电式喷头，基体为PET塑料，主要工序如下：
图3-40 底电极场效应晶体管原理图
图3-41 喷印自由成形底电极场效应晶体管的工艺过程
（1）喷印栅电极
用金纳米晶体墨水在近于环境温度下喷印栅电极，然后在55℃下干燥1h。
（2）低温退火
在200℃下使纳米金微粒图形转化为高品质的多晶金。
（3）喷印PVP绝缘体
喷印的PVP绝缘体需在100℃下退火1min，以便去除其中的溶剂，并在200℃下加热10min，使其交叉耦合。
（4）喷印源／漏电极
用金纳米晶体墨水喷印源／漏电极。
（5）低温退火
喷印的金源／漏电极在165℃下退火1min。
（6）喷印有机半导体溶剂（并五苯）
在室温下喷印半导体溶剂，并且在165℃的氮气（含有少于12ppm氧气）环境中退火2min。
加拿大蒙特利尔综合理工学校（EPM）喷印成形了微型热管（micro heat pipes，MHP，见图3-42）［44]，它置于印刷电路板的上部，用于高效散热。MHP是充有制冷工作液的密封真空微腔，在其蒸发器端的热量会导致工作液蒸发和流向冷凝器端，并使蒸气冷凝为液态，然后，制冷工作液借助毛细管力的作用返回蒸发器端，构成闭环。
图3-42 微型热管原理图
图3-43是微型热管组成的网络的喷印成形的过程，采用的喷头为压力助推式微注射器（PAM），喷嘴直径为100～250μm，墨水为易消散有机墨水，由微晶蜡和凡士林油（质量分数分别为20％和80％）混合而成。渗入的环氧树脂固化之后，在约75℃下加热网络，并在轻度真空下通过网络中的开口排除其中的墨水，再用热水洗涤，获得环氧树脂微腔网络，最后在高真空下充入定量的制冷工作液，用环氧树脂密封网络的开口，获得微型热管。
图3-43 微型热管网络的喷印成形的过程
a）喷印有机墨水 b）逐层喷印墨水 c）在热管网络中渗透低粘度环氧树脂 d）环氧树脂固化，去除易消散墨水
美国康奈尔大学在其研制的Fab＠Home Model 1喷印机上（见图3-44），已自由成形电路、有机电化学晶体管、机电继电器、锌空气电池等［1-5，14]。这种喷印机采用MAM式微注射器喷头。
图3-44 Fab＠Home Model 1喷印机
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2023-06-15
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2023-06-15
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2023-06-15
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