[发明专利]一种压电喷墨技术制备陶瓷电路板的装置及方法有效
申请号: | 202011066795.8 | 申请日: | 2020-10-03 |
公开(公告)号: | CN112123950B | 公开(公告)日: | 2023-02-10 |
发明(设计)人: | 李超;尹恩怀;赵云贵;朱晨辉;冯瑶瑶;安占军 | 申请(专利权)人: | 西安瑞特三维科技有限公司 |
主分类号: | B41J3/407 | 分类号: | B41J3/407;B41J11/00;B41J2/14;B41J25/308;B41J25/00;B41J29/377;B41J29/393;B41M5/00;B41M7/00;H05K3/12 |
代理公司: | 西安匠星互智知识产权代理有限公司 61291 | 代理人: | 陈星 |
地址: | 710000 陕西省西安市高新区草堂*** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 压电 喷墨 技术 制备 陶瓷 电路板 装置 方法 | ||
1.一种压电喷墨技术制备陶瓷电路板的装置,其特征在于:包括三轴运动系统、打印头装置、固化系统、冷却装置及打印基板;
所述三轴运动系统实现打印头装置以及打印基板的X、Y、Z三轴方向的直线运动,其中打印头装置沿Y向、Z 向运动,打印基板沿X方向运动;
所述打印头装置包括喷头安装支架、两个独立的压电喷墨头、激光位移传感器和两个侧风道;
所述喷头安装支架内部开设有冷却液流动通道,通过冷却装置提供循环冷却液,用于维持喷头在工作过程中处于恒温状态,稳定墨水性能,保证墨滴的喷射质量;
两个独立的压电喷墨头分别为陶瓷墨水压电喷墨头和导电墨水压电喷墨头,安装在喷头安装支架上;在喷头安装支架上安装有激光位移传感器和两个侧风道;所述激光位移传感器用于打印厚度测量,判断测量值是否达到设定的累积打印厚度1~5μm,并在测量值达到设定的累积打印厚度后,按照激光位移传感器反馈的此次累积打印厚度,进行打印头装置的Z向抬高;所述侧风道为通过外置负压泵产生负压抽滤喷墨头周围气流的通道,所述侧风道下端为斜坡结构,用于吸除打印过程中从基板上挥发的溶剂,防止在喷头安装支架周围由于所挥发的溶剂冷凝而形成液滴掉落,污染打印区域;
所述导电墨水为纳米银金属油墨;陶瓷墨水为纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钇或纳米氮化铝,与纳米玻璃颗粒混合制备得到的介电墨水;其中金属油墨的粘度在5~35cp范围内,表面张力在15~30dyn/cm范围内,纳米金属及陶瓷颗粒d50分布在5~80nm范围内;
所述打印基板内部放置有加热装置及温度传感器,能够实现不低于400℃的可控加热;
所述固化系统采用功率可调的近红外固化灯,其中近红外固化灯的波长主峰在800nm~850nm,采用近红外固化灯分别照射陶瓷墨水和导电墨水实现固化,且近红外固化灯在照射陶瓷墨水时采用的功率大于照射导电墨水时的功率。
2.根据权利要求1所述一种压电喷墨技术制备陶瓷电路板的装置,其特征在于:所述压电喷墨头采用具有加热功能的阵列压电喷墨头或单孔压电喷墨头,降低墨水的粘度;喷孔尺寸为20~80μm。
3.根据权利要求1所述一种压电喷墨技术制备陶瓷电路板的装置,其特征在于:所述打印基板采用膨胀系数与所打印的陶瓷材料膨胀系数相近的耐热钢、殷钢或镍基合金材料,防止冷却过程中与打印基板接触的底层陶瓷材料收缩开裂。
4.根据权利要求1所述一种压电喷墨技术制备陶瓷电路板的装置,其特征在于:所述冷却装置具备冷却液加热功能,使所循环的冷却液温度为30~40℃,防止由于环境湿度较大后在喷墨头周围形成冷凝水。
5.一种利用权利要求1所述装置制备陶瓷电路板的方法,其特征在于:包含以下步骤:
步骤1:采用无尘布清洁打印头装置保证喷孔周围无粘结杂物,预热打印基板至120~180℃,设定导电墨水和陶瓷墨水的压电喷射参数后,启动打印动作;
步骤2:由三轴运动系统带动打印头装置及打印基板移动至指定位置后,按照规定程序开启指定的压电喷墨头,完成陶瓷墨水或者导电墨水的打印;打印过程中,喷射墨滴落在基板上后由于基板温度维持在120~180℃范围内,使溶剂快速挥发,保证墨滴快速定型;
步骤3:打印完成单层墨水后,开启近红外固化灯,移动打印基板至近红外固化灯处下方后以缓慢速度移动,进行曝光处理,实现纳米颗粒烧结固化;其中近红外固化灯在照射陶瓷墨水时采用的功率大于照射导电墨水时的功率;
步骤4:重复步骤3直至激光位移传感器检测该种材料的此次累积打印厚度在设定值1~5μm后,抬高打印头装置,继续进行打印过程;
步骤5:在打印完成上述一种材料的指定厚度后,切换开启另外一个压电喷墨头,按照步骤3、4进行打印过程,其中,当同一厚度层中含有两种材料时,先打印导电墨水;
步骤6:按照步骤3、4、5分别交替进行陶瓷墨水和导电墨水的打印,最终完成陶瓷电路板的打印;其中陶瓷电路板中层与层之间的互联孔均采用打印金属实心柱体或者打印中心为陶瓷材料的导电圆环进行导通互联;
步骤7:在完成步骤6后,将打印头装置移动至距离打印基板较远位置,升温打印基板温度至300~400℃,保温1h随后冷却至室温取出,进一步稳定陶瓷电路板性能。
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