[发明专利]基于喷墨打印和选择性激光熔化的布线系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直接布线系统与方法，尤其涉及一种基于喷墨打印和选择性激光熔化的布线系统及方法。

背景技术

直接在结构上进行选择性布线对实现结构的功能化以及功能扩展具有重要的意义。选择性布线在电子学、光学器件、超颖材料、表面等离基元光子学等方面具有重要的应用。

喷墨打印技术是一种重要的选择性布线方式，它通过控制打印头或喷头的扫描将含有金属纳米颗粒的墨水打印到载体结构表面，但是由于一般自然固化过程中纳米颗粒间的结合强度不高，并且由于颗粒间界面的存在，对其导电等性能也影响较大。目前，为了提高喷墨打印结构的性能，一般都要通过后续的热处理来实现。后续的热处理温度根据所采用的纳米颗粒的尺度和种类的不同有所不同，但是这种热处理容易对基底材料造成破坏。为了减小后续的热处理对基底的影响，Petri Laakso等利用激光对喷墨打印的银线进行选择性的激光热处理，并使得喷墨打印的银线导电性能获得提高(参见Petri Laakso等，Proceedings of ICALEO N,2009,205:1360-1366)。然而，这种方法从程序上仍然要经过喷墨布线和选择性热处理两个过程，而且选择性热处理过程需要对扫描路径重新定位，程序上较为繁琐。为此迫切需要发展更为简洁、高效的直接布线方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种简洁、高效的高精度基于喷墨打印和选择性激光熔化的布线系统及方法。在喷墨打印喷出含有纳米颗粒的墨水到基底的同时，利用聚焦激光照射，通过激光的热作用使得纳米颗粒熔化并且重新固化成连续性的金属结构，通过扫描实现在基底的布线。

本发明的目的之一在于提出基于喷墨打印和选择性激光熔化的布线系统，且通过下述的技术方案实现：

一种基于喷墨打印和选择性激光熔化的布线系统，包括供墨组件，激光光源，打印头，监测组件，升降角度位移台，悬架组件，打印头移动组件和计算机；

所述供墨组件、激光光源均与打印头连接，所述打印头用于实现墨水喷射和选择性激光熔化；

所述悬架组件包括两根滑动轴及与其匹配的两个滑动头，以及横轴；所述两根滑动轴分别设置在成形室的两侧壁上，两个滑动头之间靠横轴连接；所述滑动轴和横轴处于同一水平面且相互垂直，通过滑动头沿滑动轴的移动实现横轴在水平面的移动。

所述打印头移动组件设置在横轴上且与打印头连接，用于实现打印头沿横轴的移动；

所述成形室底部设置有升降角度位移台，升降角度位移台用于放置布线承载基片并实施升降和竖直方向的角度改变运动；

所述计算机用于控制喷墨打印和选择性激光熔化及滑动头、打印头、升降角度位移台的位移。

进一步的，该系统还包括用于对布线过程进行实时监测的监测组件，所述监测组件与打印头连接。

进一步的，所述激光光源提供连续或脉冲激光，且激光波长为200nm～1600nm。

进一步的，所述打印头包括墨水喷射控制组件、激光扩束聚焦组件和监测信号收集组件。

进一步的，所述激光扩束聚焦组件包括激光扩束准直元件、分光元件和激光聚焦镜。

进一步的，所述的监测信号收集组件包括红外温度传感元件和视频信号收集元件。

本发明的目的之二在于提出基于喷墨打印和选择性激光熔化的布线方法，且通过下述的技术方案实现：

一种基于喷墨打印和选择性激光熔化的布线方法，该方法包括以下步骤：

1)利用计算机作图软件建立几何模型，并规划扫描路径；

2)将含有纳米颗粒的墨水放入供墨组件内；

3)将待布线物体放置在升降角度位移台上的布线承载基片上，调节升降角度位移台，使打印头与待布线物体的距离能够使得激光聚焦于待布线物体上表面；

4)按照规划的扫描路径控制打印头的移动，并在待布线物体表面喷射墨水并同时利用激光对打印结构进行熔化，最终实现布线。

进一步的，所述纳米颗粒包括金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒及其复合物纳米颗粒。

进一步的，所述金属纳米颗粒为金纳米颗粒、银纳米颗粒、铜纳米颗粒、铂纳米颗粒、钯纳米颗粒、铝纳米颗粒或铁纳米颗粒。

进一步的，所述纳米颗粒的尺寸为1～800nm。

本发明的有益技术效果是：

1.本发明将喷墨打印与选择性激光熔化结合，能同时实现结构的喷墨打印和熔化热处理，是一种简洁、高效的高精度布线方法；

2.本发明通过激光的选择性热处理减小了处理过程对基底的影响。