CN208450605U - 一种柔性电子线路板打印与烧结一体化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种柔性电子线路板打印与烧结一体化装置，包括台板、X轴伺服滚珠丝杠滑台、基板、支撑杆、Y轴组件固定板、Y轴伺服滚珠丝杠滑台、Z轴组件固定板、Z轴伺服滚珠丝杠滑台、工作板、电流体打印组件、烧结激光器组件和图像采集CCD组件等结构，本装置在常温常压的环境下，将溶液直接写在柔性基板上，实现了柔性电路的大面积、批量定向及高效率制造。具有制造成本低，工艺简单灵活，不需要掩膜板和光刻，能够做到高粘度溶液喷射印刷等优点，适用于金属纳米粒子的制备，本实用新型在原先打印的基础上实行烧结凝固电子线路，能够达到打印与烧结同步化的高效率、高质量工作。

Description

一种柔性电子线路板打印与烧结一体化装置

技术领域

本实用新型涉及印刷电子技术领域，具体领域为一种柔性电子线路板打印与烧结一体化装置。

背景技术

通常被称为印刷电子器件或有机电子器件等的柔性电子器件代表了一种新兴的电子技术，已经在许多领域得到广泛应用。与传统的电子技术相比，其关键点就是柔性基底材料的应用和加工技术的不同。尽管无机半导体材料和金属材料具有良好的性能，但由于缺乏柔韧性，它们不能被弯曲或拉伸，更重要的是，它们的制造工艺不能与柔性塑料基底兼容。所有这些将大大限制下一代电子产品的便利性、灵活性以及耐磨性等方面的要求。柔性电子元件结合其独特的灵活性和可扩展性，并且结合了高效率，大面积，低成本的制造工艺。几乎所有领域，包括信息领域、能源领域、医疗领域和国防领域等都具有广阔的应用前景。

柔性电子器件的应用意义重大。传统的柔性电子线路加工方法如热压、蚀刻以及曝光等工艺的生产工艺繁琐复杂。此外，传统打印设备的通用性差，蚀刻和曝光工艺的投资成本高，金属原料被浪费，不能满足低成本生产的要求，且这些打印设备在打印完成后不能保障打印介质上的纳米颗粒溶液已完全凝固。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种柔性电子线路板打印与烧结一体化装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种柔性电子线路板打印与烧结一体化装置，包括台板，所述台板的上端面中部水平设有X轴伺服滚珠丝杠滑台，所述X轴伺服滚珠丝杠滑台的滑块上端设有基板，所述台板的上端面后部对称设有支撑杆，所述支撑杆的前侧壁上部之间设有Y轴组件固定板，所述Y轴组件固定板的前端面水平设有Y轴伺服滚珠丝杠滑台，所述Y轴驱动组件的滑块前端设有Z轴组件固定板，所述Z轴组件固定板的前端面竖直设有Z轴伺服滚珠丝杠滑台，所述轴伺服滚珠丝杠滑台的滑块前端设有工作板，所述工作板的前端面设有电流体打印组件、烧结激光器组件和图像采集CCD组件。

优选的，所述电流体打印组件包括液滴分配器固定板、液滴分配器、储液瓶监控CCD固定板、储液瓶固定板、储液瓶、步进电机推杆和监控CCD组件，所述液滴分配器固定板固定于工作板上，所述液滴分配器固定于液滴分配器固定板上，所述储液瓶监控CCD固定板固定于工作板上，所述储液瓶固定板固定于储液瓶监控CCD固定板上，所述储液瓶固定于储液瓶固定板上，所述储液瓶与液滴分配器之间用胶管连接，所述步进电机推杆固定于工作板上，所述步进电机推杆的驱动端与液滴分配器连接，所述监控CCD组件固定于储液瓶监控CCD固定板上。

优选的，所述烧结激光器组件包括烧结激光器固定板、激光器XY轴手动微调滑台、激光器转接板、激光器Z轴手动微调滑台、烧结激光器固定夹块和烧结激光器，所述烧结激光器固定板固定于工作板上，所述激光器XY轴手动微调滑台固定于烧结激光器固定板上，所述激光器转接板固定于激光器XY轴手动微调滑台上，所述激光器Z轴手动微调滑台固定于激光器转接板上，所述烧结激光器固定夹块固定于激光器Z轴手动微调滑台上，所述烧结激光器固定于烧结激光器固定夹块上。

优选的，所述图像采集CCD组件包括图案采集CCD固定滑台、图案采集CCD固定板、采集10A显微镜、采集工业相机和环形LED灯，所述图案采集CCD固定滑台固定于工作板上，所述图案采集CCD固定板固定于图案采集CCD固定滑台上，所述采集10A显微镜固定于图案采集CCD固定板上，所述采集工业相机固定于采集10A显微镜上，所述环形LED灯固定于采集10A显微镜上。

优选的，所述监控CCD组件包括监控XY轴手动微调滑台、监控转接板、监控Z轴手动微调滑台、监控CCD固定板、监控CCD夹块、监控10A显微镜和监控工业相机，所述监控XY轴手动微调滑台固定于储液瓶监控CCD固定板上，所述监控转接板固定于监控XY轴手动微调滑台上，所述监控Z轴手动微调滑台固定于监控转接板上，所述监控CCD固定板固定于监控Z轴手动微调滑台上，所述监控CCD夹块固定于监控CCD固定板上，所述监控10A显微镜固定于监控CCD夹块上，所述监控工业相机固定于监控10A显微镜上。

优选的，所述台板安装于框架的中部，所述框架的下方设有储物室，所述储物室的内部设有控制机构，所述控制机构包括伺服控制器、步进控制驱动器、电压发生器和机箱，所述机箱放置于储物室的底部，所述伺服控制器放置于机箱上，所述步进控制驱动器放置于伺服控制器上，所述电压发生器放置于步进控制驱动器上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本装置采用增材制造技术，在降低设备投资，减少材料浪费和节省成本方面具有很大的优势，同时，喷射印刷技术是制造微纳米结构和器件的新方法，在常温常压的环境下，将溶液直接写在柔性基板上，实现了柔性电路的大面积、批量定向及高效率制造。具有制造成本低，工艺简单灵活，不需要掩膜板和光刻，能够做到高粘度溶液喷射印刷等优点，适用于金属纳米粒子的制备，本实用新型在原先打印的基础上实行烧结凝固电子线路，能够达到打印与烧结同步化的高效率、高质量工作。

附图说明

图1为本实用新型的主视结构示意图；

图2为本实用新型的左视结构示意图；

图3为本实用新型的俯视结构示意图；

图4为本实用新型中台板与框架装配的结构示意图。

图中：1-台板、2-X轴伺服滚珠丝杠滑台、3-基板、4-支撑杆、5-Y轴组件固定板、6-Y轴伺服滚珠丝杠滑台、7-Z轴组件固定板、8-Z轴伺服滚珠丝杠滑台、9-工作板、10-电流体打印组件、101-液滴分配器固定板、102-液滴分配器、103-储液瓶监控CCD固定板、104-储液瓶固定板、105-储液瓶、106-步进电机推杆、107-监控CCD组件、1071-监控XY轴手动微调滑台、1072-监控转接板、1073-监控Z轴手动微调滑台、1074-监控CCD固定板、1075-监控CCD夹块、1076-监控10A显微镜、1077-监控工业相机、11-烧结激光器组件、111-烧结激光器固定板、112-激光器XY轴手动微调滑台、113-激光器转接板、114-激光器Z轴手动微调滑台、115-烧结激光器固定夹块、116-烧结激光器、12-图像采集CCD组件、121-图案采集CCD固定滑台、122-图案采集CCD固定板、123-采集10A显微镜、124-采集工业相机、125-环形LED灯、13-框架、14-储物室、15-控制机构、151-伺服控制器、152-步进控制驱动器、153-电压发生器、154-机箱。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种柔性电子线路板打印与烧结一体化装置，包括台板1，所述台板的上端面中部水平设有X轴伺服滚珠丝杠滑台2，所述X轴伺服滚珠丝杠滑台的滑块上端设有基板3，X轴伺服滚珠丝杠可带动基板以台板为中心基准在X轴方向移动调整位置，所述台板的上端面后部对称设有支撑杆4，所述支撑杆的前侧壁上部之间设有Y轴组件固定板5，所述Y轴组件固定板的前端面水平设有Y轴伺服滚珠丝杠滑台6，所述Y轴驱动组件的滑块前端设有Z轴组件固定板7，所述Z轴组件固定板的前端面竖直设有Z轴伺服滚珠丝杠滑台8，所述轴伺服滚珠丝杠滑台的滑块前端设有工作板9，Y轴伺服滚珠丝杠滑台与Z轴伺服滚珠丝杠滑台的配合可驱动工作板以台板为基准在Y轴与Z轴方向移动调整位置，所述工作板的前端面设有电流体打印组件10、烧结激光器组件11和图像采集CCD组件12，电流体打印组件可将金属纳米颗粒油墨打印在柔性电子线路板上，烧结激光器组件能够快速将电流体打印组件打印的金属纳米颗粒油墨烧结成型，图像采集CCD组件。

具体而言，所述电流体打印组件包括液滴分配器固定板101、液滴分配器102、储液瓶监控CCD固定板103、储液瓶固定板104、储液瓶105、步进电机推杆106和监控CCD组件107，所述液滴分配器固定板固定于工作板上，所述液滴分配器固定于液滴分配器固定板上，所述储液瓶监控CCD固定板固定于工作板上，所述储液瓶固定板固定于储液瓶监控CCD固定板上，所述储液瓶固定于储液瓶固定板上，所述储液瓶与液滴分配器之间用胶管连接，所述步进电机推杆固定于工作板上，所述步进电机推杆的驱动端与液滴分配器连接，所述监控CCD组件固定于储液瓶监控CCD固定板上，考虑到该装置的打印精度为微米级，因此选用行程为100mm的步进电动推动杆，该推动杆能够通过给予指定的脉冲数进行推出工作，从而挤压液体瓶里的液体到液滴分配器中。

具体而言，所述烧结激光器组件包括烧结激光器固定板111、激光器XY轴手动微调滑台112、激光器转接板113、激光器Z轴手动微调滑台114、烧结激光器固定夹块115和烧结激光器116，所述烧结激光器固定板固定于工作板上，所述激光器XY轴手动微调滑台固定于烧结激光器固定板上，所述激光器转接板固定于激光器XY轴手动微调滑台上，所述激光器Z轴手动微调滑台固定于激光器转接板上，所述烧结激光器固定夹块固定于激光器Z轴手动微调滑台上，所述烧结激光器固定于烧结激光器固定夹块上，考虑到该装置为微米级的打印烧结一体化装置，因此选用型号为IPG-10W型号的激光器，这种激光器和传统固体激光器对比优点为：较高的能量转换效率降低了激光系统的冷却和功率要求；比传统固体激光器更紧凑；全光纤结构提供了非常坚固和高度可靠的封装设计；光纤激光器显著提高了输出的光束质量，该激光器的理想使用寿命长达10年左右，烧结效率高，效果好，精度高。

具体而言，所述图像采集CCD组件包括图案采集CCD固定滑台121、图案采集CCD固定板122、采集10A显微镜123、采集工业相机124和环形LED灯125，所述图案采集CCD固定滑台固定于工作板上，所述图案采集CCD固定板固定于图案采集CCD固定滑台上，所述采集10A显微镜固定于图案采集CCD固定板上，所述采集工业相机固定于采集10A显微镜上，所述环形LED灯固定于采集10A显微镜上，图案采集CCD的主要功能就是对图案打印完成的电子线路板进行图案打印效果的观察和图案的采集工作。因为该装置为微米级的图案打印装置，所以对图案采集CCD的要求有：有足够的放大倍数，能够清晰的观察图案的细节部分；有充足的光源，能够清楚的采集到图案；操作方便，选用BC200VGA-A1型号的CCD工业放大镜。

具体而言，所述监控CCD组件包括监控XY轴手动微调滑台1071、监控转接板1072、监控Z轴手动微调滑台1073、监控CCD固定板1074、监控CCD夹块1075、监控10A显微镜1076和监控工业相机1077，所述监控XY轴手动微调滑台固定于储液瓶监控CCD固定板上，所述监控转接板固定于监控XY轴手动微调滑台上，所述监控Z轴手动微调滑台固定于监控转接板上，所述监控CCD固定板固定于监控Z轴手动微调滑台上，所述监控CCD夹块固定于监控CCD固定板上，所述监控10A显微镜固定于监控CCD夹块上，所述监控工业相机固定于监控10A显微镜上，监控CCD的功能主要是在打印前，对液滴分配器的针头和工作面的间距调整时的观测；打印过程中，对液滴分配器的针头和工作面之间的工作路径进行监测，采用监控CCD+XYZ三轴手动微调滑台的组合方式，监控CCD选用品牌为千甲义型号为QJY-9005C的高清HDMI电子显微镜。

具体而言，所述台板安装于框架13的中部，所述框架的下方设有储物室14，所述储物室的内部设有控制机构15，所述控制机构包括伺服控制器151、步进控制驱动器152、电压发生器153和机箱154，所述机箱放置于储物室的底部，所述伺服控制器放置于机箱上，所述步进控制驱动器放置于伺服控制器上，所述电压发生器放置于步进控制驱动器上，机箱分别电连接电流体打印组件、烧结激光器组件、监控CCD组件、图像采集CCD组件、步进控制驱动器和电压发生器，伺服控制器分别电连接X轴伺服滚珠丝杠滑台、Y轴伺服滚珠丝杠滑台和Z轴伺服滚珠丝杠滑台，步进控制驱动器电连接步进步进电机推杆。

工作原理：装置打印前先对装置的台板与基板进行维护清洁，更换储液瓶、胶管、喷嘴针头，开机测试该装置的各个工作部分运转正常后，将金属纳米颗粒油墨装入储液瓶中，在基板上用耐热胶带固定打印介质，使用计算机控制伺服滑台和步进电动推动杆，手动调节微动滑台，通过监控CCD的观测，将针头调节到需要的打印位置，再调节烧结装置的位置，在打印前需进行参数设置，先在计算机中导入待喷印的柔性电子线路的CAD图形文件，生成喷印线路代码，通过计算器控制函数发生器，设置需要的脉冲电压频率、电压、电压降等参数，X、Y、Z轴伺服滚珠丝杠滑台在印刷过程中由伺服控制器控制，根据预定的线路移动来确保柔性电子线路的打印路径，同时，步进电机脉冲发生器控制步进电动推动杆，推动杆推动储液瓶上的推杆，将金属纳米颗粒油墨挤压到液滴分配器，液滴分配器在脉冲电压的控制下，控制油墨的喷射量与速度，油墨液体附着于打印介质上后，烧结激光器开始工作，将金属纳米颗粒油墨烧结，从而达到快速凝固的效果，在打印过程中，可通过监控CCD观测溶液的喷射情况，实现检测工作进行的状况，打印工作完成后，通过图案采集CCD组件可对打印后的图案进行观测和采集工作，本实用新型中XY轴方向的微调滑台选用XY40-R-36型号的交叉滚柱型滑台，Z轴方向的微调滑台选用LX40-L型号的交叉滚柱导轨滑台，本实用新型具有成型速度快，能够快速将油墨烧结成型，缩短了产品生产周期，响应市场需求，制造适应性强，可直接对各种复杂线路进行烧结等特点。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种柔性电子线路板打印与烧结一体化装置，包括台板(1)，其特征在于：所述台板(1)的上端面中部水平设有X轴伺服滚珠丝杠滑台(2)，所述X轴伺服滚珠丝杠滑台(2)的滑块上端设有基板(3)，所述台板(1)的上端面后部对称设有支撑杆(4)，所述支撑杆(4)的前侧壁上部之间设有Y轴组件固定板(5)，所述Y轴组件固定板(5)的前端面水平设有Y轴伺服滚珠丝杠滑台(6)，所述Y轴伺服滚珠丝杠滑台(6)的滑块前端设有Z轴组件固定板(7)，所述Z轴组件固定板(7)的前端面竖直设有Z轴伺服滚珠丝杠滑台(8)，所述轴伺服滚珠丝杠滑台(8)的滑块前端设有工作板(9)，所述工作板(9)的前端面设有电流体打印组件(10)、烧结激光器组件(11)和图像采集CCD组件(12)。

2.根据权利要求1所述的一种柔性电子线路板打印与烧结一体化装置，其特征在于：所述电流体打印组件(10)包括液滴分配器固定板(101)、液滴分配器(102)、储液瓶监控CCD固定板(103)、储液瓶固定板(104)、储液瓶(105)和步进电机推杆(106)，所述液滴分配器固定板(101)固定于工作板(9)上，所述液滴分配器(102)固定于液滴分配器固定板(101)上，所述储液瓶监控CCD固定板(103)固定于工作板(9)上，所述储液瓶固定板(104)固定于储液瓶监控CCD固定板(103)上，所述储液瓶(105)固定于储液瓶固定板(104)上，所述储液瓶(105)与液滴分配器(102)之间用胶管连接，所述步进电机推杆(106)固定于工作板(9)上，所述步进电机推杆(106)的驱动端与液滴分配器(102)连接，所述储液瓶监控CCD固定板(103)上设有监控CCD组件(107)。

3.根据权利要求1所述的一种柔性电子线路板打印与烧结一体化装置，其特征在于：所述烧结激光器组件(11)包括烧结激光器固定板(111)、激光器XY轴手动微调滑台(112)、激光器转接板(113)、激光器Z轴手动微调滑台(114)、烧结激光器固定夹块(115)和烧结激光器(116)，所述烧结激光器固定板(111)固定于工作板(9)上，所述激光器XY轴手动微调滑台(112)固定于烧结激光器固定板(111)上，所述激光器转接板(113)固定于激光器XY轴手动微调滑台(112)上，所述激光器Z轴手动微调滑台(114)固定于激光器转接板(113)上，所述烧结激光器固定夹块(115)固定于激光器Z轴手动微调滑台(114)上，所述烧结激光器(116)固定于烧结激光器固定夹块(115)上。

4.根据权利要求1所述的一种柔性电子线路板打印与烧结一体化装置，其特征在于：所述图像采集CCD组件(12)包括图案采集CCD固定滑台(121)、图案采集CCD固定板(122)、采集10A显微镜(123)、采集工业相机(124)和环形LED灯(125)，所述图案采集CCD固定滑台(121)固定于工作板(9)上，所述图案采集CCD固定板(122)固定于图案采集CCD固定滑台(121)上，所述采集10A显微镜(123)固定于图案采集CCD固定板(122)上，所述采集工业相机(124)固定于采集10A显微镜(123)上，所述环形LED灯(125)固定于采集10A显微镜(123)上。

5.根据权利要求2所述的一种柔性电子线路板打印与烧结一体化装置，其特征在于：所述监控CCD组件(107)包括监控XY轴手动微调滑台(1071)、监控转接板(1072)、监控Z轴手动微调滑台(1073)、监控CCD固定板(1074)、监控CCD夹块(1075)、监控10A显微镜(1076)和监控工业相机(1077)，所述监控XY轴手动微调滑台(1071)固定于储液瓶监控CCD固定板(103)上，所述监控转接板(1072)固定于监控XY轴手动微调滑台(1071)上，所述监控Z轴手动微调滑台(1073)固定于监控转接板(1072)上，所述监控CCD固定板(1074)固定于监控Z轴手动微调滑台(1073)上，所述监控CCD夹块(1075)固定于监控CCD固定板(1074)上，所述监控10A显微镜(1076)固定于监控CCD夹块(1075)上，所述监控工业相机(1077)固定于监控10A显微镜(1076)上。

6.根据权利要求1所述的一种柔性电子线路板打印与烧结一体化装置，其特征在于：所述台板(1)固定于框架(13)中部，所述框架(13)的下部设有储物室(14)，所述储物室的内部设有控制机构(15)，所述控制机构(15)包括伺服控制器(151)、步进控制驱动器(152)、电压发生器(153)和机箱(154)，所述机箱(154)放置于储物室(14)的底部，所述伺服控制器(151)放置于机箱(154)上，所述步进控制驱动器(152)放置于伺服控制器(151)上，所述电压发生器(153)放置于步进控制驱动器(152)上。