印刷电子技术分析与印制工艺研究

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印刷电子技术是基于印刷原理的电子制造技术。喷墨印刷作为传统的数字化复制技术,可直接在基材上沉积功能材料形成图案,其中,EHD微喷印技术是基于电流体力学(Electrohydrodynamics,简称EHD)的喷墨印刷技术,因具有分辨率高、兼容性好、结构简单的特点,成为制造微纳米结构及器件的新方法。本文以EHD微喷印技术作为研究对象进行了大量的理论和实验研究。首先,分析EHD微喷印技术的原理,液滴受力情况、液滴弯液面状态、油墨特性、控制分析,对EHD工艺过程进行理论分析和建模。其次,实验研究了脉宽调制(PWM)电压下,电压频率与液滴参数的关系,得出通过控制脉冲频率可以获得具有相同液滴间隔,与脉冲频率具有一致频率的特定尺寸的液滴,这也为接下来的实验奠定基础。再次,进行EHD微喷印技术的微米级和亚微米级参数实验研究:(1)微米级实验结果显示,在DC电压下,随着油墨密度的减小,液滴直径增大,喷射频率增加;随着喷嘴直径的增加,液滴直径增加,而喷射频率减小;随着供墨压力的增加,液滴直径增加,喷射频率有升有降,以升高居多;随着净高度的增加,液滴直径和喷射频率都减小;随着电压的增加,液滴直径有增有减,以减小居多,喷射频率增大。(2)亚微米级实验结果显示,油墨密度减小,液滴直径增大,但是增大的幅度小于微米级实验;喷嘴直径增大,液滴直径增大,增大幅度与微米级实验中相当;供墨压力增大,液滴直径增大,并且增大的幅度明显大于微米级实验;净高度增加,液滴直径减小,减小的幅度要明显大于微米级实验;电压增加,液滴直径的增减情况几乎各占一半。最后,提出一种集成电极喷嘴系统的设计方案,分为小规模型和大规模型,通过仿真和实验验证,分析喷嘴系统性能,得出(1)小规模型集成电极喷嘴的设计适合较小的喷嘴,但是这种设计的聚焦管不易制造,且整个装置不易固定,但是却为大规模型的设计奠定了基础。(2)大规模型集成电极喷嘴的设计适合较大孔径的喷嘴,仿真和实验结果表明单角度的聚焦管设计效果更好,并根据实验中出现的液滴破裂等问题进行了分析,提出下一步的展望。
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