[发明专利]一种均匀微滴/聚合物空间电路联合打印装置及方法

说明书

本发明一种均匀微滴/聚合物空间电路联合打印装置及方法，属于立体电路快速打印领域；包括防氧化惰性气体气瓶、减压阀、手套箱、氧含量检测仪、水含量检测仪、高分子聚合物打印组件、均匀金属微滴喷射组件、信号发生器、激光器、温控仪、运动控制卡、三维移动平台、热床；防氧化惰性气体气瓶通过减压阀与手套箱连通，三维移动平台固定于手套箱内舱底面，热床固定于三维移动平台的上表面；高分子聚合物打印组件、均匀金属微滴喷射组件和激光器均通过悬臂梁固定在手套箱内舱顶部，激光器接收到控制信号后将已沉积凝固到热床上的金属线路重熔；本发明解决了用银浆料进行线路打印时容易残留空气并形成孔隙的问题，从而可以改善线路成型质量和导电性。

技术领域

本发明属于立体电路快速打印领域，具体涉及一种均匀微滴/聚合物空间电路联合打印装置及方法。

背景技术

随着电子电路设计与制造技术的进步，电路制造向着大规模、数字化、个性化方向发展，为了进一步缩小产品尺寸，增加电路集成密度和布线自由度，立体电路被广泛应用于电路的设计与制造中。近年来3D打印技术的兴起，将层层沉积制造技术与电子电路制造技术结合起来并实现数字化已成为可能，这种方式不仅能够在零件内部所有维度上以任意形式(斜线或平滑曲线路径)进行电气互连，而且可以将零件打印成任意形状安装到其他物体上。3D打印技术能够突破传统制造技术的限制，将高自由度电子线路成型到零件内部，从而进一步提高电路集成密度，为实现真正意义上的立体电路的制造提供了新方向。

文献“Carranza G T,Robles U,Valle C L,et al.Design and Hybrid AdditiveManufacturing of 3-D/Volumetric Electrical Circuits[J].IEEE Transactions onComponents,Packaging and Manufacturing Technology,2019,9(6):1176-1183.”中提出一种基于微点胶技术和熔融沉积制造技术相结合，利用高分子和银浆材料制备三维空间电路的工艺。该工艺能实现电路在三个维度上较高的布线自由度，在低频空间电路打印方面具有优势，但很难应用于对线路质量要求较高的高频空间电路打印。由于银浆料本身容易残留空气并形成孔隙，且3D打印工艺本身具有台阶效应会导致成型的电路光滑性和导电性较差，因此无法用于高频电路打印。

均匀金属微滴喷射技术具有高柔性，可将电子线路打印成任意形状集成到任何物体内部或表面；能够满足高频电路打印需求，打印过程中金属微滴通过互熔实现良好冶金结合，线路加热后能够实现光滑的电气互联线路；整个打印过程无需掩模板，制造效率高且成本低等优势，有望在快速制备三维复杂电子电路方面取得广泛应用。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种均匀微滴/聚合物空间电路联合打印装置及方法，是将绝缘高分子材料熔融沉积、均匀金属微滴打印与连续激光微滴重熔技术相结合以实现高自由度空间电路互联线路快速制备的装置和方法。所述空间电路打印方法利用高熔点绝缘高分子材料打印空间电路中的介质，用高导电率的低温合金打印空间电路中的互联线路。所述空间电路打印方法根据电路的数字模型，运用切片算法提取每层的几何信息、材料信息、嵌入芯片类型及时机信息，同时生成相应基板运动轨迹，通过下位机控制实现基板运动、绝缘高分子材料熔融沉积成型、互联导线沉积和电子线路激光重熔成型的协调控制，从而完成高质量空间电路的快速制备成型。所述方法将多重工艺整合在同一工序中，材料的供给和沉积可定点定量柔性控制，能够更加有效的利用模型三维空间，提高电气互联密度，降低成本和能耗，可集成多种芯片和MEMS器件，有利于制备成型多功能、多形态的电路。