[发明专利]一种基于二自由度平衡环的曲面微笔静电直写成形装置

说明书

本发明公开了一种基于二自由度平衡环的曲面微笔直写成形装置，其中二自由度平衡环系统、气动导电油墨供料系统、曲面基板支撑系统均安装在平台支架上，曲面基板支撑的工作轴心与气动导电油墨供料系统的直写针头轴心重合，真空泵通过气管连接在曲面基板支撑系统的吸盘连接杆部分，电场电源正负极分别连接在气动导电油墨供料系统的直写针头部分和曲面基板支撑系统的电极部分，从而使固定在二自由度平衡环系统上的曲面基板处在直写针头与曲面基板支撑系统电极之间形成的静电电场中。本发明使曲面基板的待直写区域时刻保持水平，可实现曲面基板上电路的直写成形，可以在形状比较复杂的随机曲面基板表面直写制备具有电学性能的微型电路。

技术领域

本发明涉及电子电路制造领域，具体涉及一种基于二自由度平衡环的曲面微笔静电直写成形装置。

背景技术

微型印刷电路电子元器件的直写制造是近年来兴起的一种新型微型电路制造工艺。相比于传统制造工艺(光刻，化学蚀刻等)制作的微电子元器件，通过直写技术制造的应变片、薄膜电阻、薄膜电感、薄膜电容等器件拥有更小的体积和更好的性能。同时，相比传统制造工艺，微型电路的直写制造工艺污染更小，浪费原材料更少，环境友好度更高。此外，直写在柔性基底上的微型印刷电路电子元器件还拥有一定程度的弯折能力。

但是目前为止，微电子元器件的直写工艺仍然局限在平面基底上。在平面基底上，通常的直写制造工艺是将平面基底放置在水平度很高的置物台上，通过微笔在平面基底上按设定程序移动并喷出导电油墨，经过后续处理得到得到平面基底上的直写电路成品。而在曲面基底上，一般的做法是利用扫描建模，先获得曲面基底的参数，然后通过多轴平台操纵微笔直写等装置获得在曲面上直写电路及电子元件的能力；或通过高精度距离传感器实时调整直写笔头与基板间距，实现曲面上直写电路及电子元件的能力。虽然上述方式原理较为成熟，但可惜的是，附加过多的多轴平台、精确扫描设备、传感器等装置会造成成本过高，维护保养困难，操作复杂等问题。随着微型电路工程领域技术进步，微型电路的制备已经不再局限于平面基底的直写制造，这对低成本的曲面电路直写提出了需求。

发明内容

本发明的一个目的在于，针对微型电路在随机曲面上的直写打印需求，提出一种基于二自由度平衡环的曲面微笔静电直写成形装置，使得微型电路的直写技术在曲面基底上的制备成为现实，通过基于二自由度平衡环的曲面微笔静电直写成形装置可在随机曲面基底上制备出具有一定电学性能的微型电路，应用于电子电路制造领域。。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于二自由度平衡环的曲面微笔静电直写成形装置，包括二自由度平衡环系统、气动导电油墨供料系统、曲面基板支撑系统、二维移动单元及控制系统、平台支架、真空泵和电场电源；

二维移动单元及控制系统包括：上步进电机丝杠和下步进电机丝杠；所述上步进电机丝杠固定在所述下步进电机丝杠的滑块上；

所述平台支架自上而下依次分为上部、中部和下部；

所述二自由度平衡环系统固定在所述上步进电机丝杠滑块上，所述下步进电机丝杠固定在平台支架上的中部；

所述气动导电油墨供料系统安装在平台支架的上部；

所述曲面基板支撑系统安装在平台支架的下部，且所述曲面基板支撑系统的工作轴心与气动导电油墨供料系统的直写针头轴心重合；

所述真空泵通过气管连接在曲面基板支撑系统的吸盘连接杆部分；

所述电场电源正负极分别连接在气动导电油墨供料系统的直写针头部分和曲面基板支撑系统的电极部分；从而使固定在二自由度平衡环系统上的待直写曲面基板处在直写针头与曲面基板支撑系统电极之间形成的静电电场中。

进一步地，所述二自由度平衡环系统包括平衡环支架、平衡外环和带有曲面基板固定装置的平衡内环；

所述平衡环支架固定在二维移动单元及控制系统的上步进电机丝杠的滑块上；