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)(也稱為3D打印或直接寫印), 可將各種商購的市售導電、絕緣或半導體材料以及生物醫(yī)學墨液準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算機設計軟件直接控制的逐點逐層材料堆積而形成的,無需制作光電平版印刷的掩碼模板。

△Aerosol Jet氣霧噴射3D打印機內(nèi)部


△在一個球殼體表面打印電路


△打印出來的電路

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

氣霧噴射的獨特技術(shù)性能使得在各種形狀的2D或3D基底上打印互連線路簡單易行。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計結(jié)構(gòu)就能夠在單一圖層上制作出來。這是因為氣霧噴射打印系統(tǒng)可以裝置多種材料輸入和交換的設備,它甚至允許在工藝過程中進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,并且不需要電線綁定的工序。這樣的獨特技術(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)品的設備平臺系列及其應用（相關機器已被收錄進入微~信小程序“全球3D打印產(chǎn)品庫”）
△Aerosol Jet 5X Systems

• AEROSOL JET 200 用于可行性實驗的簡化入門級打印機
• AEROSOL JET 300 用于快速產(chǎn)品原型開發(fā)的打印機
• AEROSOL JET 5軸移轉(zhuǎn)三維打印系統(tǒng)
• AEROSOL JET 批量生產(chǎn)打印設備
• 氣霧噴射打印的天線
• 在國防及航空航天工業(yè)中的應用
• 在半導體封裝中的應用
• 在產(chǎn)品、技術(shù)研發(fā)中的應用
  

Aerosol Jet 微米液滴氣霧噴射打印工作原理

氣霧噴射技術(shù)是運用了空氣動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)氮氣)運載到打印噴頭,在此由引進的環(huán)形圈護套氣流(3)聚集成細窄的高速墨液氣霧流束。

護套氣和并行墨液氣霧在流經(jīng)噴嘴通道時不斷地加速從而形成細窄緊湊的高速墨液氣霧流束(4)。 護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)氮氣或壓縮空氣。由此產(chǎn)生的高速墨液氣霧流在噴向距離為 1 到 5 毫米處的基底面時能夠基本上保持準直的流線,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)采用由標準的 CAD 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成的矢量打印路徑文件來按照所需圖案控制和驅(qū)動2D或3D承印基底相對于氣霧噴嘴的運動。所打印的圖案可以精細到 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 毫米處的基底面時能夠基本上保持準直的流線, 5)長束焦距的高速氣霧流中的墨滴可被準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)程序中的自動化平臺里。其模塊化的架構(gòu)設計具有可調(diào)整擴展性。 其裝卸方便的打印模塊可以在生產(chǎn)過程中被快速更換、進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)整而來的, 也有專門為打印的電子產(chǎn)品新研發(fā)的技術(shù)�？偟膩碚f,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(例如那些在消費類電子產(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用中啟用氣霧噴射技術(shù)的優(yōu)勢。



△氣霧噴射直寫打印的雙頻天線

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

• 計算機數(shù)控直接打印 — 無需掩碼或模板
• 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行打印
• 能在凸凹不平的3D基底上進行保形打印
• 可調(diào)整擴展以滿足批量生產(chǎn)的要求
  

目前，Aerosol Jet氣霧噴射3D打印機，中國區(qū)也已經(jīng)有相關的銷售進行，感興趣可進入微信小程序“全球3D打印產(chǎn)品庫”查看。