CN110385913B - 一种高定位精度的电流体动力学喷印方法 - Google Patents

一种高定位精度的电流体动力学喷印方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高定位精度的电流体动力学喷印方法，其包括以下步骤：1)设置期望起始位置A；2)估算电流体动力学喷印射流的飞行时间和喷印电路图案的位置偏差，确定实际沉积电路图案的起始位置B；3)根据设定的喷印平台的移动速度和电流体动力学喷印射流的飞行时间，确定电流体动力学喷印电路图案时喷印平台的加速度a；4)根据喷印平台的移动速度、电流体动力学喷印射流的飞行时间和喷印电路图案的位置偏差，计算电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置(x,y)；5)从电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置开始，进行电流体动力学高定位精度的电路图案喷印。

Description

一种高定位精度的电流体动力学喷印方法
技术领域
本发明涉及电流体动力学喷印技术领域，尤其涉及一种高定位精度的电流体动力学喷印方法。
背景技术
柔性电子的微电路图案是柔性电子器件的一个主要核心部件，现有的图案化技术包括光刻、微接触印刷、丝网印刷、传统喷墨印刷等技术，无论在技术方面，还是在生产率、成本和材料等方面都难以满足柔性电子器件的高效、低成本、批量化制造和工业化应用需求，而且还面临着设备和掩模昂贵、制造成本高、周期长和可用材料少等问题。电流体动力学喷印技术由于设备简单、成本低、效率高、绿色环保、可使用的材料广、无需掩模和直接成形等诸多优点，是制造微/纳结构柔性电子器件的一种新型制造技术，在柔性电子微/纳制造方面具有巨大的潜能和突出的优势。
在电流体动力学喷印柔性电子电路图案过程中，为了避免喷印平台运动速度对电路图案的喷印质量产生影响，一般使喷印平台处于匀速运动状态喷印电路图案，喷印图案的起始位置非常重要，沉积图案的起始位置的定位精度是一个非常关键的技术指标，定位误差会影响电子器件的电学性能，例如喷印柔性电子电路图案由于定位误差的影响，喷印图案的起始位置偏离电极的位置，从而形成断路。在电场力作用下，射流/液滴飞行过程复杂，一般会偏离喷头的垂直距离方向，并且射流/液滴内部自由电子/离子的迁移行为以及电场与液滴自生电场的耦合作用，会使射流/液滴表面电荷进行再分布，从而形成非均匀电场，非均匀电场造成过电流体动力学喷印过程复杂且不同因素之间互相耦合影响，无法通过建模方法对其作用过程进行直接控制。
执行检索查新可知，现有技术中已经提出了一些面向喷墨打印的液滴喷射定位误差控制方法，中国专利CN200910021594.3公开了一种喷墨打印中的墨滴落点控制方法，另一个中国专利CN201811630435.9则公开了一种面向喷墨打印的液滴喷射多阶段定位误差补偿方法及设备。但是两者仍存在的不足或缺陷主要表现在：它们均采用误差补偿控制方法对位置偏差进行补偿控制，这种控制方法会使喷印平台的移动速度产生波动，无法保证喷印平台的匀速运动，喷印平台移动速度产生波动会对电流体动力学喷印电路图案的均匀性产生影响，影响喷印电路图案的质量，从而导致柔性电子器件的电学性能下降。因此，本领域亟需提出更为妥善的解决方式，以满足目前电流体动力学电路图案喷印质量日益提高的工艺要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种高定位精度的电流体动力学喷印方法，实现高定位精度的电流体动力学柔性电子电路图案的喷印，提高电路图案的喷印质量。
本发明的技术方案：一种高定位精度的电流体动力学喷印方法，其包括以下步骤：
1)设定电流体动力学喷印系统的参数，设置电流体动力学喷印电路图案的期望起始位置
Figure GDA0002446231260000022
；
2)根据红外光电式传感器和工业相机检测仪器，估算电流体动力学喷印射流的飞行时间和喷印电路图案的位置偏差，确定电流体动力学喷印喷印的实际沉积电路图案的起始位置
Figure GDA0002446231260000023
；
3)根据设定的喷印平台的移动速度和电流体动力学喷印射流的飞行时间，确定电流体动力学喷印电路图案时喷印平台的加速度
Figure GDA0002446231260000024
Figure GDA0002446231260000021
，
Figure GDA0002446231260000025
为电流体动力学喷印电路图案时喷印平台设定的移动速度，
Figure GDA0002446231260000026
为电流体动力学射流的飞行时间，
Figure GDA0002446231260000027
为电流体动力学设备喷印平台的最大加速度；
4)根据喷印平台的移动速度、电流体动力学喷印射流的飞行时间和喷印电路图案的位置偏差，计算电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置
Figure GDA0002446231260000028
；
5)从电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置开始，进行电流体动力学高定位精度的电路图案喷印。
步骤1)中，根据电流体动力学喷印电路图案的实际需求，在柔性基板上确定电流体动力学喷印电路图案的起始位置，并把期望起始位置移到喷头的垂直正下方，得到喷印电路图案的期望起始位置
Figure GDA0002446231260000034
，其坐标为
Figure GDA0002446231260000035
。
步骤2)中，通过红外光电式传感器对射流进行检测，获取喷印溶液开始喷射的信号，通过皮安表获取射流沉积到基板时产生的电流的时刻，作为射流沉积到基板的信号，控制器根据获取的两个信号之间的间隔作为喷印射流的飞行时间
Figure GDA0002446231260000036
，通过工业相机观测喷印溶液在基板上喷印的实际沉积电路图案的起始位置
Figure GDA0002446231260000037
点的坐标
Figure GDA0002446231260000038
，得到电流体动力学喷印电路图案的位置偏差
Figure GDA0002446231260000039
Figure GDA0002446231260000031
。
通过多次重复步骤2)的操作，对获取的飞行时间
Figure GDA00024462312600000310
以及位置偏差
Figure GDA00024462312600000311
求均值。
步骤4)中，根据电流体动力学喷印射流的飞行时间，计算电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置与电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置之间的距离
Figure GDA00024462312600000312
Figure GDA0002446231260000032
；
根据电流体动力学喷印电路图案的位置偏差和电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置与电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置之间的距离，移动电流体动力学设备喷印平台，得到移动喷印平台的移动距离
Figure GDA00024462312600000313
为
Figure GDA0002446231260000033
，
其中，
Figure GDA00024462312600000314
为电流体动力学喷印电路图案的位置偏差，
Figure GDA00024462312600000315
为流体动力学喷印电路图案的实际起始位置与电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置之间的距离，当
Figure GDA00024462312600000316
时，喷印平台向电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置方向移动，当
Figure GDA00024462312600000317
时，喷印平台向电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置的相反方向移动，确定电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置
Figure GDA0002446231260000043
Figure GDA0002446231260000041
Figure GDA0002446231260000042
。
本发明的有益效果：通过获取电流体动力学喷印射流的飞行时间和计算喷印电路图案的位置偏差，来获取电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置，并将喷印平台移到喷印电路图案的实际起始位置，从喷印电路图案的实际起始位置开始进行电路图案的喷印，既能保证喷印平台匀速运行，又能实现电流体动力学喷印电路图案的高精度定位，从而提高了电流体动力学柔性电路图案的喷印质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的流程图。
图中，1为皮安表，2为直流高压电源，3为控制器，4为喷头，5为红外光电式传感器，6为喷印溶液的射流，7为喷印基板，8为喷印平台。
具体实施方式
下面针对附图对本发明的实施例作进一步说明：
本发明提供一种电流体动力学喷印系统，其包括喷印平台8，设置在喷印平台上方的喷印基板7，喷印基板7上设置喷头4，所述喷头4的喷射路径上设置红外光电式传感器，射流可穿过红外光电式传感器5，并触发该红外光电式传感器，所述红外光电式传感器与控制器3通信连接，而喷印平台与皮安表连接，能够获取射流落在喷印基板上时产生的电流，皮安表获取的信号也发送给控制器，控制器根据两个触发时间之间的间隔作为射流的飞行时间。另外还设有直流高压电源来提供工作电源。
本发明还提供了一种高定位精度的电流体动力学喷印方法，其包括以下步骤：
1)设定电流体动力学喷印的施加电压、喷射高度、喷印溶液流量、喷印平台移动速度等参数，设置电流体动力学喷印电路图案的期望起始位置
根据电流体动力学喷印电路图案的实际需求，在柔性基板上确定电流体动力学喷印电路图案的起始位置，并把期望起始位置移到喷头的垂直正下方，得到喷印电路图案的期望起始位置
Figure GDA0002446231260000053
，其坐标为
Figure GDA0002446231260000052
；
2)根据红外光电式传感器和工业相机检测仪器，估算电流体动力学喷印射流的飞行时间和喷印电路图案的位置偏差，确定电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置。
当电流体动力学喷印溶液开始喷射时，以红外光电式传感器作为信号检测元件对射流进行检测，红外光电式传感器的发射管发射红外光，没有喷印射流射出时，红外光直接照射到红外光电式传感器的接收管，红外光光强损失小，接收管转换的电流较强；当有喷印射流射出时，红外光穿过射流照射到接收管，红外光光强损失大，接收管转换的电流较弱，将接收管所产生的电流变化作为喷印溶液开始喷射的信号发送给控制器，控制器接收到喷射信号开始计时；当射流沉积到基板时，直流高压电源形成回路，皮安表会产生电流，将皮安表中电流变化作为射流沉积到基板的信号发送给控制器，控制器接收到该信号停止计时，控制器的计时时间为喷印射流的飞行时间
Figure GDA0002446231260000054
；采用工业相机观测喷印溶液在基板上喷印的实际沉积电路图案的起始位置
Figure GDA0002446231260000055
点的坐标
Figure GDA0002446231260000056
，得到电流体动力学喷印电路图案的位置偏差
Figure GDA0002446231260000057
为
Figure GDA0002446231260000051
其中，
Figure GDA0002446231260000058
表示电流体动力学喷印电路图案的期望起始位置
Figure GDA0002446231260000059
点的坐标，
Figure GDA00024462312600000510
表示电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置
Figure GDA00024462312600000511
点的坐标；
3)根据设定喷印平台的移动速度和电流体动力学喷印射流的飞行时间，确定电流体动力学喷印电路图案时喷印平台的加速度
根据电流体动力学喷印电路图案设定喷印平台的移动速度和电流体动力学射流的飞行时间，得到电流体动力学喷印电路图案时喷印平台的加速度为
Figure GDA0002446231260000061
其中，
Figure GDA0002446231260000064
为电流体动力学喷印电路图案时喷印平台的加速度，
Figure GDA0002446231260000065
为电流体动力学喷印电路图案时喷印平台设定的移动速度，
Figure GDA0002446231260000066
为电流体动力学射流的飞行时间，
Figure GDA0002446231260000067
为电流体动力学设备喷印平台的最大加速度；
4)根据喷印平台的移动速度、电流体动力学喷印射流的飞行时间和喷印电路图案的位置偏差，计算电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置
根据电流体动力学喷印射流的飞行时间，计算电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置与电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置之间的距离
Figure GDA0002446231260000068
为
Figure GDA0002446231260000062
其中，
Figure GDA0002446231260000069
为电流体动力学喷印电路图案时喷印平台设定的移动速度，
Figure GDA00024462312600000610
为电流体动力学喷印射流的飞行时间，
Figure GDA00024462312600000611
为电流体动力学设备喷印平台的最大加速度；
根据电流体动力学喷印电路图案的位置偏差和电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置与电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置之间的距离，移动电流体动力学设备喷印平台，得到移动喷印平台的移动距离
Figure GDA00024462312600000612
为
Figure GDA0002446231260000063
其中，
Figure GDA00024462312600000613
为电流体动力学喷印电路图案的位置偏差，流体动力学喷印电路图案的实际起始位置与电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置之间的距离
Figure GDA00024462312600000614
，当
Figure GDA00024462312600000615
时，喷印平台向电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置方向移动，当
Figure GDA00024462312600000616
时，喷印平台向电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置的相反方向移动，确定电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置
Figure GDA00024462312600000617
Figure GDA00024462312600000618
为
Figure GDA0002446231260000071
Figure GDA0002446231260000072
；
5)从电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置开始，进行电流体动力学高定位精度的电路图案喷印。
按照设定的电流体动力学喷印参数和电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置开始喷印，当喷印射流开始喷射时，红外光电式传感器的接收管所产生的电流变化作为喷印溶液开始喷射的信号发送给控制器，控制器接收到喷射信号立即发送指令，命令喷印平台开始运动，直至完成预喷印电路图案的喷印。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高定位精度的电流体动力学喷印方法，其特征在于：其包括以下步骤：
1)设定电流体动力学喷印系统的参数，设置电流体动力学喷印电路图案的期望起始位置
Figure FDA0002446231250000012
；
2)根据红外光电式传感器和工业相机检测仪器，估算电流体动力学喷印射流的飞行时间和喷印电路图案的位置偏差，确定电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置
Figure FDA0002446231250000013
；
3)根据设定的喷印平台的移动速度和电流体动力学喷印射流的飞行时间，确定电流体动力学喷印电路图案时喷印平台的加速度
Figure FDA0002446231250000016
Figure FDA0002446231250000011
，
Figure FDA0002446231250000014
为电流体动力学喷印电路图案时喷印平台设定的移动速度，
Figure FDA0002446231250000017
为电流体动力学射流的飞行时间，
Figure FDA0002446231250000015
为电流体动力学设备喷印平台的最大加速度；
4)根据喷印平台的移动速度、电流体动力学喷印射流的飞行时间和喷印电路图案的位置偏差，计算电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置
Figure FDA0002446231250000018
；
5)从电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置开始，进行电流体动力学高定位精度的电路图案喷印。
2.根据权利要求1所述的一种高定位精度的电流体动力学喷印方法，其特征在于：步骤1)中，根据电流体动力学喷印电路图案的实际需求，在柔性基板上确定电流体动力学喷印电路图案的起始位置，并把期望起始位置移到喷头的垂直正下方，得到喷印电路图案的期望起始位置
Figure FDA0002446231250000019
，其坐标为
Figure FDA00024462312500000110
。
3.根据权利要求1所述的一种高定位精度的电流体动力学喷印方法，其特征在于：步骤2)中，通过红外光电式传感器对射流进行检测，获取喷印溶液开始喷射的信号，通过皮安表获取射流沉积到基板时产生的电流的时刻，作为射流沉积到基板的信号，控制器根据获取的两个信号之间的间隔作为喷印射流的飞行时间
Figure FDA00024462312500000111
，通过工业相机观测喷印溶液在基板上喷印的实际沉积电路图案的起始位置
Figure FDA00024462312500000112
点的坐标
Figure FDA0002446231250000025
，得到电流体动力学喷印电路图案的位置偏差
Figure FDA0002446231250000026
Figure FDA0002446231250000021
。
4.根据权利要求3所述的一种高定位精度的电流体动力学喷印方法，其特征在于：通过多次重复步骤2)的操作，对获取的飞行时间
Figure FDA0002446231250000027
以及位置偏差
Figure FDA0002446231250000028
求均值。
5.根据权利要求1所述的一种高定位精度的电流体动力学喷印方法，其特征在于：步骤4)中，根据电流体动力学喷印射流的飞行时间，计算电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置与电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置之间的距离
Figure FDA0002446231250000029
Figure FDA0002446231250000022
；
根据电流体动力学喷印电路图案的位置偏差和电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置与电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置之间的距离，移动电流体动力学设备喷印平台，得到移动喷印平台的移动距离
Figure FDA00024462312500000210
为
Figure FDA0002446231250000023
，
其中，
Figure FDA00024462312500000211
为电流体动力学喷印电路图案的位置偏差，
Figure FDA00024462312500000212
为流体动力学喷印电路图案的实际起始位置与电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置之间的距离，当
Figure FDA00024462312500000213
时，喷印平台向电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置方向移动，当
Figure FDA00024462312500000214
时，喷印平台向电流体动力学喷印的实际沉积电路图案的起始位置的相反方向移动，确定电流体动力学喷印电路图案的实际起始位置
Figure FDA00024462312500000215
Figure FDA0002446231250000024
Figure FDA0002446231250000031
。
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