【摘 要】
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电流体喷印技术具有分辨率高、墨水粘度适用范围广、喷射模式多样等优点,在印刷电子领域具有广泛的应用前景。然而,电流体喷头中的电场串扰、工艺不成熟等问题尚未得到充分的研究和解决,导致喷头喷嘴数量和密度难以提升,限制了其实际生产应用。为此,本学位论文首先通过仿真研究了阵列化喷头中的电场串扰和流量均匀性问题,用MEMS工艺设计制备了高密度的硅-环氧树脂片(SU8)阵列化电流体喷头。然后研究了提取电极结构参
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电流体喷印技术具有分辨率高、墨水粘度适用范围广、喷射模式多样等优点,在印刷电子领域具有广泛的应用前景。然而,电流体喷头中的电场串扰、工艺不成熟等问题尚未得到充分的研究和解决,导致喷头喷嘴数量和密度难以提升,限制了其实际生产应用。为此,本学位论文首先通过仿真研究了阵列化喷头中的电场串扰和流量均匀性问题,用MEMS工艺设计制备了高密度的硅-环氧树脂片(SU8)阵列化电流体喷头。然后研究了提取电极结构参数对电场串扰的影响规律,分别设计制备了集成槽形和环形提取电极的并行喷印喷头和独立可控喷头。最后,实验测试了喷头喷印液滴体积均匀性、落点精度和频率,通过优化工艺参数,减小了电场串扰对喷印的影响,提高了喷头并行喷射稳定性和独立可控一致性。具体工作如下:(1)设计并制备了高密度硅-SU8阵列化电流体喷头。首先通过电流体仿真研究了喷嘴参数(长度、间距、电导率等)和微流道结构对电场串扰和流量均匀性的影响,在此基础上设计了阵列化电流体喷头。然后采用MEMS等工艺制备了高密度喷嘴阵列,最后通过仿真和实验分析了喷头打印液滴均匀性和落点一致性。(2)研究了集成槽形提取电极的并行电流体喷头。为了实现喷头在非导电基板、高打印距离下的并行电流体喷印,在喷头中集成槽形提取电极。首先通过仿真研究了提取电极-喷嘴距离、栅格宽度和装配误差等结构参数对电场分布和束流引出效率的影响,优化了提取电极结构。然后将喷头应用在电喷雾中,研究了工艺参数对电场的调控作用,减少了空间电荷效应引起的液滴路径反转,提高了电喷雾稳定性。(3)研究了集成环形提取电极的独立可控电流体喷头。为了提高图案打印效率,设计并制备了独立可控喷头,验证了喷头的独立喷射性能,并进一步通过仿真和实验研究了不同提取电极电压下的电场串扰问题,优化了工艺参数。最后搭建了一套自动化喷墨打印系统,实现了图案的高效打印。
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