電子電路打印！Aerosol Jet氣霧噴射3D打印技術(shù)

Aerosol Jet氣霧噴射打印技術(shù)

美國(guó)Optomec的氣霧噴射打印技術(shù)能夠有效地制作3D打印的電子產(chǎn)品。它屬于一種增材制造工藝技術(shù)(也稱(chēng)為3D打印或直接寫(xiě)印), 可將各種商購(gòu)的市售導(dǎo)電、絕緣或半導(dǎo)體材料以及生物醫(yī)學(xué)墨液準(zhǔn)確地打印放置到各種2D或3D塑料、陶瓷、金屬承印基底上。在這種增材制作的工藝流程,3D打印的電子或其他產(chǎn)品是由容易修改的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件直接控制的逐點(diǎn)逐層材料堆積而形成的,無(wú)需制作光電平版印刷的掩碼模板。

△Aerosol Jet氣霧噴射3D打印機(jī)內(nèi)部


△在一個(gè)球殼體表面打印電路


△打印出來(lái)的電路

有關(guān)氣霧噴射技術(shù)在3D打印電子產(chǎn)品中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

氣霧噴射的獨(dú)特技術(shù)性能使得在各種形狀的2D或3D基底上打印互連線(xiàn)路簡(jiǎn)單易行。例如,通常的多層互連電路可變?yōu)樵?D基底上電路的交叉處增加一層打印的電介質(zhì)材料,于是多層電路板的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)就能夠在單一圖層上制作出來(lái)。這是因?yàn)闅忪F噴射打印系統(tǒng)可以裝置多種材料輸入和交換的設(shè)備,它甚至允許在工藝過(guò)程中進(jìn)行多種墨液的混合打印。

另外,氣霧噴射系統(tǒng)還可以保形地在3D基底面上打印互聯(lián)電路,并且不需要電線(xiàn)綁定的工序。這樣的獨(dú)特技術(shù)性能可用于打印連接3D堆疊裸片或LED芯片的電路制作。

氣霧噴射3D打印電子產(chǎn)品的設(shè)備平臺(tái)系列及其應(yīng)用（相關(guān)機(jī)器已被收錄進(jìn)入微~信小程序“全球3D打印產(chǎn)品庫(kù)”）
△Aerosol Jet 5X Systems

• AEROSOL JET 200 用于可行性實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)化入門(mén)級(jí)打印機(jī)
• AEROSOL JET 300 用于快速產(chǎn)品原型開(kāi)發(fā)的打印機(jī)
• AEROSOL JET 5軸移轉(zhuǎn)三維打印系統(tǒng)
• AEROSOL JET 批量生產(chǎn)打印設(shè)備
• 氣霧噴射打印的天線(xiàn)
• 在國(guó)防及航空航天工業(yè)中的應(yīng)用
• 在半導(dǎo)體封裝中的應(yīng)用
• 在產(chǎn)品、技術(shù)研發(fā)中的應(yīng)用
  

Aerosol Jet 微米液滴氣霧噴射打印工作原理

氣霧噴射技術(shù)是運(yùn)用了空氣動(dòng)力聚焦原理將電子材料墨液精確地噴射放置到基片上的。霧化器 (1) 將含功能材料的墨液霧化成稠密的、1 至 5 微米直徑的霧滴(2)。所產(chǎn)生的墨液氣霧再由惰性氣流(通常為工業(yè)氮?dú)?運(yùn)載到打印噴頭,在此由引進(jìn)的環(huán)形圈護(hù)套氣流(3)聚集成細(xì)窄的高速墨液氣霧流束。

護(hù)套氣和并行墨液氣霧在流經(jīng)噴嘴通道時(shí)不斷地加速?gòu)亩�形成�?xì)窄緊湊的高速墨液氣霧流束(4)。 護(hù)套氣還起到隔離墨液氣霧和噴嘴管壁的作用,以防止噴嘴被墨液材料堵塞。氣霧噴射系統(tǒng)中使用的氣流通常是清凈、干燥的工業(yè)氮?dú)饣驂嚎s空氣。由此產(chǎn)生的高速墨液氣霧流在噴向距離為 1 到 5 毫米處的基底面時(shí)能夠基本上保持準(zhǔn)直的流線(xiàn),以維持在凸凹不平的3D基底面(5)上的打印分辨率。該系統(tǒng)采用由標(biāo)準(zhǔn)的 CAD 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成的矢量打印路徑文件來(lái)按照所需圖案控制和驅(qū)動(dòng)2D或3D承印基底相對(duì)于氣霧噴嘴的運(yùn)動(dòng)。所打印的圖案可以精細(xì)到 10 微米左右,也可以寬到數(shù)毫米。


△圖 氣霧噴射用于3D打印電子產(chǎn)品的工作示意圖。 1) 內(nèi)裝功能墨液的超聲霧化器, 2) 產(chǎn)生含有功能材料的微米墨滴(直徑為 1 至 5 微米)的稠密氣霧, 3) 護(hù)套氣流在錐度噴嘴通道中將墨滴氣霧加速聚集成其直徑為 10 微米到數(shù)毫米(根據(jù)流量和噴嘴尺寸而定)的高速準(zhǔn)直氣霧流束, 4) 氣霧流在打印噴嘴噴出的速度通常約為 50 米/秒, 在噴向距離為 1 到 5 毫米處的基底面時(shí)能夠基本上保持準(zhǔn)直的流線(xiàn), 5)長(zhǎng)束焦距的高速氣霧流中的墨滴可被準(zhǔn)確地打印到凸凹不平的3D承印基底面上。

氣霧噴射打印系統(tǒng)既可以作為已建即用功能系統(tǒng)配置來(lái)使用,也可以作為模塊化的打印裝置融入集成到批量的生產(chǎn)程序中的自動(dòng)化平臺(tái)里。其模塊化的架構(gòu)設(shè)計(jì)具有可調(diào)整擴(kuò)展性。 其裝卸方便的打印模塊可以在生產(chǎn)過(guò)程中被快速更換、進(jìn)行必要的清洗維修和重新灌裝墨液。

與眾不同的氣霧噴射打印技術(shù)

可用于制造的電子產(chǎn)品的傳統(tǒng)方法及新興技術(shù)有許多。這些方法通常是從現(xiàn)有的藝術(shù)圖形印刷工藝調(diào)整而來(lái)的, 也有專(zhuān)門(mén)為打印的電子產(chǎn)品新研發(fā)的技術(shù)。總的來(lái)說(shuō),許多在 2D平面上的打印工作是可以由許多傳統(tǒng)的制造方法來(lái)完成的,但更小、更薄、要求巧妙連接的智能部件(例如那些在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、航空航天、醫(yī)療和物聯(lián)網(wǎng)中使用的部件)的有效制作就需要新研發(fā)的 3D 打印方法了。下面的圖表概述了在這些應(yīng)用中啟用氣霧噴射技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。



△氣霧噴射直寫(xiě)打印的雙頻天線(xiàn)

氣霧噴射打印技術(shù)在制作3D電子產(chǎn)品應(yīng)用中的主要優(yōu)越性

• 計(jì)算機(jī)數(shù)控直接打印 — 無(wú)需掩碼或模板
• 不需要電鍍或蝕刻工序
• 圖案尺寸從 10 微米至數(shù)毫米
• 可打印互連電路和有源/或無(wú)源組件
• 能夠打印生物材料
• 可打印薄至100 納米的功能材料涂層
• 可打印各種市售功能材料
• 能在塑料、陶瓷、金屬等承印基底上進(jìn)行打印
• 能在凸凹不平的3D基底上進(jìn)行保形打印
• 可調(diào)整擴(kuò)展以滿(mǎn)足批量生產(chǎn)的要求
  

目前，Aerosol Jet氣霧噴射3D打印機(jī)，中國(guó)區(qū)也已經(jīng)有相關(guān)的銷(xiāo)售進(jìn)行，感興趣可進(jìn)入微信小程序“全球3D打印產(chǎn)品庫(kù)”查看。