【摘要】：增材制造技術(shù)被稱(chēng)為“第三次工業(yè)革命”的重要標(biāo)志,顛覆了傳統(tǒng)制造理念,不受制造結(jié)構(gòu)限制成為增材制造的一大亮點(diǎn)。一體化制造嵌入式封裝電子產(chǎn)品是伴隨增材制造技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型電子產(chǎn)品制造工藝,具有廣泛的發(fā)展空間與應(yīng)用前景。嵌入式封裝電子產(chǎn)品的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)電子產(chǎn)品單一的制造工藝模式,是增材制造技術(shù)在多材料、多尺度方向上發(fā)展的重要產(chǎn)物。嵌入式封裝電子產(chǎn)品在無(wú)人機(jī)、軟體機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品、柔性電子、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。但一體化制造嵌入式封裝電子產(chǎn)品尚處于起步階段,現(xiàn)有的制造工藝成本高昂、制造類(lèi)型單一,現(xiàn)有的噴墨打印技術(shù)無(wú)法滿足變高度、高精度、低沉本噴印導(dǎo)電油墨,無(wú)法滿足嵌入式電子產(chǎn)品高精度、低成本、多功能的要求。針對(duì)以上問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一臺(tái)用于一體化制造嵌入式封裝電子產(chǎn)品的雙噴頭復(fù)合3D打印機(jī),采用電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)噴射導(dǎo)電油墨方法,用于打印嵌入式封裝電子產(chǎn)品的連接電路,并確定導(dǎo)電材料為導(dǎo)電銀膠。為實(shí)現(xiàn)高分辨率、高效率、低成本制造嵌入式封裝電子產(chǎn)品提供了全新的思路與工藝方法,并為實(shí)現(xiàn)材料、結(jié)構(gòu)、電子元器件以及多層電路的一體化制造提供了全新的解決方案。具體研究?jī)?nèi)容如下:1、設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一臺(tái)用于一體化制造嵌入式封裝電子產(chǎn)品的雙噴頭復(fù)合3D打印機(jī),創(chuàng)建了一體化復(fù)合3D打印嵌入式封裝電子產(chǎn)品的原理與工藝流程,并對(duì)雙噴頭復(fù)合3D打印設(shè)備的設(shè)備結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、控制系統(tǒng)、打印材料等進(jìn)行了詳細(xì)分析,給出了打印機(jī)的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。2、分析了高粘度導(dǎo)電材料目前所采用的打印方法及其不足,提出了一種適用于嵌入式封裝電子產(chǎn)品電路連接的打印方法,電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)噴射3D打印。理論方面分析了微流道結(jié)構(gòu)對(duì)流體流速的影響,通過(guò)仿真數(shù)值模擬驗(yàn)證了微流道結(jié)構(gòu)對(duì)流體流速的影響,仿真結(jié)果顯示,采用收縮管道設(shè)計(jì)的噴嘴在相同入口壓力、相同出口內(nèi)徑下,流速快于直管針頭,實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這一結(jié)論,從而為實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)噴射打印高粘度導(dǎo)電材料提供了理論指導(dǎo)。3、導(dǎo)線打印過(guò)程中,噴頭與接收層間距、打印平臺(tái)移動(dòng)速度、電壓以及氣壓都會(huì)對(duì)連接電路產(chǎn)生影響。采用單一變量法,研究了噴頭到接收層間距、打印平臺(tái)移動(dòng)速度、電壓值、氣壓值四個(gè)因素對(duì)電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)噴射連接電路的成線形貌與成線精度的影響,確定出了最佳打印參數(shù)范圍。4、電路導(dǎo)電率對(duì)嵌入式封裝電子產(chǎn)品的性能以及能耗具有重要影響,在電子元器件耐受溫度范圍內(nèi),研究了不同固化溫度對(duì)導(dǎo)電銀膠導(dǎo)電率的影響,確定出了最佳固化溫度范圍。5、以雙層嵌入式電路光控夜視燈為例,在自主搭建的雙噴頭復(fù)合3D打印機(jī)上完成了光控夜視燈的一體化制造。通過(guò)熔融沉積打印噴頭打印光控夜視燈的結(jié)構(gòu)部分,電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)噴射噴頭打印光控夜視燈的連接電路,驗(yàn)證了雙噴頭復(fù)合3D打印機(jī)在多層嵌入式封裝電子產(chǎn)品上的制造能力,實(shí)現(xiàn)了嵌入式封裝電子產(chǎn)品短周期、低成本、個(gè)性化、高效的一體化制造。
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP334.8
【圖文】：

圖1-2 Voxel 8多材料電子3D打印 打印案例Fig 1-2 Printing case of multi-material electronic 3D printer of Voxeman 教授及其研究團(tuán)隊(duì)利用美國(guó) Stratasys 公司的“三重發(fā)出了世界首個(gè)內(nèi)嵌生命物質(zhì)的 3D 打印光合ri。該裝置具有內(nèi)部中空管道，在管道中放入共生的光合微生物科技通過(guò)掃描皮膚、修復(fù)受損組織、維持身體來(lái)增，Sung Hyun Jang 等人通過(guò)復(fù)合增材制造（AM）與直寫(xiě)三維電子裝置，如圖 1-3 所示，由 SL 技術(shù)打印光敏聚合物由 DW 噴印導(dǎo)電液體材料，與傳統(tǒng)電子裝置制造相比，縮不受電路板（PCB）限制[30]。

圖1-2 Voxel 8多材料電子3D打印 打印案例Fig 1-2 Printing case of multi-material electronic 3D printer of Voxel 8Neri Oxman 教授及其研究團(tuán)隊(duì)利用美國(guó) Stratasys 公司的“三重噴射”3D 打印技術(shù)，開(kāi)發(fā)出了世界首個(gè)內(nèi)嵌生命物質(zhì)的 3D 打印光合可穿戴裝置——Mushtari。該裝置具有內(nèi)部中空管道，在管道中放入共生的光合藍(lán)藻和大腸桿菌，這些微生物科技通過(guò)掃描皮膚、修復(fù)受損組織、維持身體來(lái)增強(qiáng)穿戴者的體能[29]。2015 年，Sung Hyun Jang 等人通過(guò)復(fù)合增材制造（AM）與直寫(xiě)打�。―W）技術(shù)制造了三維電子裝置，如圖 1-3 所示，由 SL 技術(shù)打印光敏聚合物制造電子裝置結(jié)構(gòu)層，由 DW 噴印導(dǎo)電液體材料，與傳統(tǒng)電子裝置制造相比，縮短了生產(chǎn)周期與成本，不受電路板（PCB）限制[30]。

圖1-4 3D打印嵌入 電子熱療治療手套Fig 1-4 3D print embedded electronic hyperthermia treatment gloves2016 年，崔歆等分別采用熔融沉積打印與電噴印兩種工藝，制作出了單層嵌入式電子產(chǎn)品——具有顯示產(chǎn)品保質(zhì)期的智能瓶蓋。該瓶蓋首先由 FDM 打印瓶蓋結(jié)構(gòu)層，完成后取下結(jié)構(gòu)層進(jìn)行后處理并嵌入電子元器件，再由電噴印打印瓶蓋內(nèi)部連接電路，之后再放回 FDM 打印機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品封裝[32]。2017 年 9 月，哈佛大學(xué)威斯研究所（Wyss Institute）和美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室合作開(kāi)發(fā)了一種新的軟電子“混合 3D 打印”技術(shù)，將柔性導(dǎo)電墨水、基體材料與剛性電子元件集成到單個(gè)可拉伸的設(shè)備中，電子傳感器可以被直接 3D 打印到軟質(zhì)材料上，同時(shí)該工藝還可以數(shù)字化地拾取和放置電子元件，以及為讀取傳感器數(shù)據(jù)所需的電子電路打印導(dǎo)電互連。一種由熱塑性聚氨酯（TPU）制成的、混合有銀片的可拉伸導(dǎo)電墨水被 3D 打印到 TPU 基板上，銀片會(huì)沿著打印方向自動(dòng)對(duì)齊，并重疊在一起。這種制造方式能“完全控制電子電路的圖案模式”，能制

【參考文獻(xiàn)】

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1 崔歆;楊建軍;蘭紅波;;基于EHD微納尺度3D打印中導(dǎo)電銀漿成線規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2017年06期

2 楊建軍;張志遠(yuǎn);蘭紅波;彭子龍;王飛;;基于EHD微尺度3D打印噴射機(jī)理與規(guī)律研究[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2016年06期

3 蘭紅波;李滌塵;盧秉恒;;微納尺度3D打印[J];中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué);2015年09期

4 朱安超;;3D打印技術(shù)在電子設(shè)備行業(yè)的應(yīng)用[J];無(wú)線互聯(lián)科技;2015年12期

5 李滌塵;田小永;王永信;盧秉恒;;增材制造技術(shù)的發(fā)展[J];電加工與模具;2012年S1期

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1 崔歆;基于復(fù)合3D打印的嵌入式電子產(chǎn)品一體化制造關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究[D];青島理工大學(xué);2016年

2 李成;基于FDM工藝的雙噴頭設(shè)備開(kāi)發(fā)及工藝參數(shù)研究[D];南京師范大學(xué);2014年

3 王萍;導(dǎo)電銀膠的研究與制備[D];機(jī)械科學(xué)研究總院;2012年

本文編號(hào)：2759653