基于电喷印技术制备柔性电路及在RFID中的应用

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aywjx
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近年来,随着电子产业的飞速发展,全球已经进入了智能制造新时代。传统的电子集成电路制备不能够满足现在的可持续化发展要求,同时也不能用于制备柔性电子器件。在这种形势下,印刷电子技术成为了研究的热点。但传统印刷电子技术分辨率较低,墨水与印刷工艺的适配性有待深入分析,且印刷后的电路需进行后处理。本文选用高精密度的电流体喷墨印刷(电喷印)电子技术制备柔性电路,对电喷印的工艺参数及印后烧结处理工艺进行探究,并实现了在射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)中的应用。选择银纳米颗粒用于制备导电墨水,采用化学还原法制备银纳米颗粒,并对银纳米颗粒进行物相分析、尺寸以及形貌分析;探究导电墨水的溶剂组成以及含量,提高导电墨水的分散性;测量各类溶剂及导电墨水与基底之间的润湿角,分析导电墨水的适印性;采用电流体喷墨印刷电子技术制备柔性电路,探究电喷印中的工艺参数,主要包括喷嘴直径、加载电压以及喷嘴高度,分析这些工艺参数对电喷印线条的影响;对打印得到的柔性电路进行烧结处理,探究烧结的工艺参数,包括烧结温度和烧结时间,并研究烧结处理对电路导电性的影响;对打印得到的柔性电路进行弯折性能测试,分析其机械稳定性;设计超高频RFID天线的结构,基于电喷印技术制备RFID天线图案,使用ANSYS HFSS模拟RFID天线的射频性能。结果表明:制备得到的银纳米颗粒尺寸及形状均匀,平均粒径为50 nm;在配制导电墨水时,选用不同沸点的溶剂,包括去离子水、乙醇、异丙醇和乙二醇;并且确定了乙二醇的存在,能够提高导电墨水的分散性;通过测量各类溶剂及导电墨水与基底之间的润湿角,得到了润湿性适中的导电墨水;通过电喷印中的工艺参数的探究,最终确定喷嘴直径为160μm时,可通过调节电压和打印高度实现对射流过程的控制;偏置电压在500 V~600 V之间时,可进行打印线条的宽度调节;当喷嘴高度为300μm时,得到的打印线条最为均匀且平直;固定烧结时间为30 min,可以确定在烧结温度达到140°C时,柔性电路方阻值达到最小,为0.42Ω/sq;在140°C下,烧结时间达到30 min以后,方阻趋于稳定;在弯折试验中,随着弯折次数的增加,柔性电路的电阻逐渐增大,以电阻增加率不超过50%为参考值,打印所得到的柔性电路可以承受1000次弯折,这说明柔性电路具有机械稳定性;设计与RFID天线应用频段(920 MHz~925 MHz)相对应的结构图案,利用电喷印技术实现了采用打印的方法制备RFID天线的目的,并且该RFID标签天线具有较为出色的电性能。通过使用ANSYS HFSS进行电磁建模与仿真,分析了此RFID标签天线的射频性能,包括回波损耗、远场方向增益图(E面)、史密斯圆图以及3D方向图。经过模拟计算得到的RFID天线的中心频率与目标的中心频率没有偏差。该天线的回波损耗最小值为-16.78 d B,小于-10 d B的频率范围为885 MHz~967 MHz,可以在实际中应用。
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