【摘要】：近年來,電子制造技術(shù)發(fā)展速度,對于電子產(chǎn)品提出的要求也不斷提高。為使人與物、物與物以及人與人之間的聯(lián)系更加緊密,電子器件需要與人和物具有良好的共形性和適配性,而現(xiàn)有的電子器件由于質(zhì)硬難以變形拉伸的緣故,很難與現(xiàn)實生活中包括人體在內(nèi)的各種三維曲面共形貼合,一定程度上限制了電子產(chǎn)品的發(fā)展。本文基于上述問題,提出了一種基于熱成形的三維曲面共形電子制造工藝,該工藝主要包括激光加工電路、電路轉(zhuǎn)印、視覺對準(zhǔn)和熱成形等步驟。該工藝通過粘接緩沖層將金屬電路與熱塑性薄膜粘合,利用熱塑性薄膜受熱軟化變形的特點,抽真空得到共形貼合三維曲面的電子器件。為有效評價電子器件的成形效果,本文提出了包括中心偏移角、形貌貼合度和電路褶皺翹曲程度等三種評價參數(shù),并且探究了粘接緩沖層厚度、加熱溫度、金屬電路形狀尺寸等因素對成形效果的影響,以優(yōu)化后的實驗參數(shù)為準(zhǔn),可以得到中心偏移角5°、形貌貼合角10°以及金屬電路基本無褶皺翹曲的三維曲面共形電子器件。在保證成形效果的前提下,借助于網(wǎng)格分析法和視覺識別技術(shù),本文通過建立極坐標(biāo)系確定成形前后金屬電路的極徑和極角,探究成形前后金屬電路極徑和極角的映射關(guān)系,為實現(xiàn)電子器件準(zhǔn)確貼合至三維曲面的特定位置提供方法指導(dǎo)。最后,本文使用該工藝制作了一系列應(yīng)用,包括連接導(dǎo)線和螺旋天線等,并且對其性能進行了測量驗證。本文提出的三維曲面共形電子制造加工工藝,通過引入粘接緩沖層,緩解金屬電路和熱塑性薄膜之間的性質(zhì)差異所導(dǎo)致的褶皺脫離。除此以外,借助于視覺對準(zhǔn)操作,該工藝能有效保證加工的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性,有望在實際生產(chǎn)過程中大規(guī)模應(yīng)用。而且,該工藝流程簡單,加工成本較低,對環(huán)境無污染。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文1.3 三維曲面共形電子成形工藝研究現(xiàn)狀現(xiàn)有的電子器件，大多由硬而脆的導(dǎo)體材料組成，受限于導(dǎo)體材料硬而脆的特性，電子器件難以變形。然而生活中很多產(chǎn)品的表面是三維曲面，而不是簡單的平面。要使電子器件能夠貼合三維曲面，綜合而言，當(dāng)前的研究集中在以下一些方案：1.3.1 冷焊工藝密西根大學(xué)的學(xué)者利用冷焊方法，制作柔性印章，鍍金，通過真空吸附，使柔性印章變形為內(nèi)凹的三維形狀，再將印章上的金轉(zhuǎn)印到對應(yīng)的外凸形三維基體上，最后利用蝕刻和鍍金技術(shù)制得帶有金屬圖案的三維曲面共形電子（圖 1-1）。該加工工藝繁瑣，而且使用金作為導(dǎo)體材料，成本較高[6-7]。

圖 1-2 3D 直寫打印技術(shù)及由該技術(shù)制作的半球電小天線[8].3.3 印刷電路板技術(shù)和熱成形工藝結(jié)合根特大學(xué)的JanVanfleteren教授等人嘗試?yán)矛F(xiàn)在已經(jīng)成熟的印刷電路板（PCB造技術(shù)，結(jié)合馬蹄形電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計，得到基底為熱塑性材料的平面電子器件。利用一次性熱貼體成形工藝，熱塑性材料加熱軟化變形，使電子器件貼合三維模面，得到三維曲面共形電子器件（圖 1-3）。該工藝方法結(jié)合現(xiàn)有的工業(yè) PCB 生藝，便于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，然而其電路制造采用蝕刻工藝，會帶來一定的環(huán)境污染待改進[11-13]。除此以外，，在 PCB 工藝中，金屬電路和熱塑性薄膜直接壓合，二者之間性質(zhì)差異較大，金屬電路的剛性較大，不易變形，而熱塑性薄膜受熱后變形，導(dǎo)致在后續(xù)的熱成形過程，因為應(yīng)力不匹配，金屬電路發(fā)生失效，容易產(chǎn)皺脫離。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN05

【參考文獻】

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