喷射成形系统激光烧结关键技术研究

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采用喷射成形技术制造微带贴片天线、电路板、频选天线罩等电子装备的关键步骤之一是对喷射材料进行烧结处理,使喷射的图案具有导电特征。激光具有可导性、能量集中,产生的温度场影响区域小等特点,可烧结固化喷射材料。本文以一款无颗粒型的银基金属有机分解(Metal Organic Decomposition,MOD)墨水作为喷射材料,针对该墨水的激光烧结工艺进行分析研究。首先,本文研究了激光与墨水作用的光热特性和墨水的分解过程。通过研究墨水对不同波长光的吸收度,以及不同波长激光在墨水中的渗透深度,确定了本文所用激光的波长;通过对墨水进行差式扫描量热分析(Differential Scanning Calorimeter,DSC)和热重分析(Thermogravimetric Analysis,TGA)研究了墨水的分解过程,得到墨水的高、低沸点溶剂挥发和螯合物分解的温度范围。其次,运用有限元分析软件COMSOL Multiphysics进行激光烧结MOD墨水的数值模拟。通过实验得到墨水导热系数,并根据实验修正其他热物参数建立了仿真模型;利用该模型模拟不同激光烧结工艺参数(输出功率、扫描速度、扫描间隔)对烧结温度场的影响,得到了不同工艺参数下的温度场变化规律。再次,根据激光烧结工艺调控需求,研制了激光烧结固化系统。采用三轴运动平台实现光斑的空间运动,对伺服控制硬件进行选型,开发控制软件并对烧结路径进行规划。最后,利用研制的烧结固化设备进行了烧结固化实验并优化烧结工艺。根据在不同输出功率、扫描速度、扫描间隔下,烧结成形的导电图形的线宽测试、电导率测试、银膜厚度测试、电子扫描显微镜测试、能谱检测结果,研究了导致烧结质量差异的原因,对激光烧结工艺参数进行优化,并采用该工艺进行了微带贴片天线的制造,测试性能符合要求。本文通过对MOD墨水的激光烧结工艺研究,有助于确定激光烧结在喷射成形技术应用的工艺研究方向,为电子装备异质异构喷射成形的相关研究奠定了基础。
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