电流体动力喷印的图形解析与共形制造应用

摘要

印刷电子技术是基于传统印刷原理的电子制造技术，喷墨印刷作为目前最主要的无版数字化印刷电子技术，可直接在基材上进行功能材料的图形化沉积，其中，电流体动力学喷印（以下简称电喷印）技术是基于电流体动力学的喷墨印刷技术，相比传统的喷墨方法，电喷印技术有效简化了喷头结构、避免了喷嘴堵塞，并在打印分辨率、油墨适用范围等方面具有巨大优势，成为微纳米结构及器件制造的新方法。本文在自主研发的电喷印设备基础上开发出一套电喷印软件系统，重点研究电喷印过程中二维平面、三维曲面的图形化沉积技术，应用该设备及软件制造出曲面微电子器件，并进行了微电子器件的性能测试。本文主要工作包括：
　　（1）针对多功能电喷印设备的需求搭建了电喷印软件系统，构建软件系统架构，编写图形解析模块算法，软件支持DXF矢量图及BMP位图的导入功能；封装控制模块通信接口，软件可直接操控电压、流量、气压、运动等参数的相应硬件设备；设计便捷美观的操作界面，实现了电喷印设备的自动化、智能化操作。
　　（2）提出基于平面图形的解析算法，对矢量图及位图两种图形格式进行解析，针对矢量图，设计了基于CAD生成的图形可交换文件（DXF）的图元解析算法，针对位图，设计了基于像素点的解析算法，将两类图形包含的数据信息分别转换成运动控制系统能识别的运动代码格式，配合上下位机的信号反馈实现纺丝直写、按需点喷等一系列电流体喷印工艺模式，并展示图形打印实例。
　　（3）提出基于三维曲面的图形解析方法，构建曲面模型并进行曲面图形绘制，基于UG软件加工模块生成相应的喷印路径文件，将喷印路径文件转换成运动控制系统能识别的运动代码格式，再进行基于三坐标的曲面共形喷印，对曲面共形喷印过程进行静电场仿真，并研究不同工艺参数对曲面喷印线宽的影响，最后展示典型复杂图形打印实例。
　　（4）提出一种曲面微电子器件制备的新方法，利用电喷印设备及软件在曲面光学透镜表面制备出曲面加热器，并对其导电性及加热性能进行测试，利用红外热像仪测得的热像图显示该曲面加热器有良好的加热效果。
　　本文的所有工作已集成到自主研发的多功能电喷印设备中，目前该设备及软件系统已整合到校企合作项目OLED薄膜封装（TFE）实验线上。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题的背景、目的与意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 电喷印设备软件系统开发

2.1 电喷印设备硬件组成及编程接口

2.2 软件需求分析及功能设计

2.3 软件框架及界面设计与实现

2.4 本章小结

3 基于电喷印工艺的图形解析算法设计与实现

3.1 图形解析的控制机理分析

3.2 矢量图形解析的算法设计

3.3 位图解析的算法设计

3.4 图形化喷印示例

3.5 本章小结

4 曲面共形喷印路径生成及工艺实现

4.1 曲面共形喷印的图形化实现

4.2 曲面共形喷印工艺参数研究

4.3 曲面共形喷印示例

4.4 本章小结

5 曲面电子器件的制备及性能表征

5.1 曲面电子器件的制备流程

5.2 曲面导电器件性能测试

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间取得的成果