[实用新型]一种三维曲面上微笔直写电子浆料的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于微电子/光电子器件制造技术领域，具体涉及一种三维曲面上微笔直写电子浆料的装置，可在表面不平整的三维曲面上进行微笔直写电子浆料，该装置可用于微电子/光电子元器件的制造，包括导体、电介质、电容、电感、光波导等的制造。

背景技术

直写技术(DirectWritingTechnology)是指任何可以由预先设计的图形数据驱动在某种材料表面实现材料的沉积、转移或处理的技术。它是一种可实现多种多样、不同功能、跨尺度(亚微米至毫米量级)加工的工艺技术，一般可根据“自由堆积/去除”的工艺原理，将众多直写工艺和技术分为加成法和减成法两大类。

加成法直写技术基于材料“自由堆积”原理，根据需要在基板表面选区逐点逐层沉积不同成分的膜层，最终完成平面图形或三维结构的制作，如微喷射沉积、微流动沉积、纳米探针沉积和能束辅助沉积等。而减成法直写技术基于材料“自由去除”原理，通过对块状材料的逐点逐层刻蚀实现平面图形和三维结构的制造，如激光直写刻蚀技术和微细电火花刻蚀技术等。

微笔直写(MicropenDirectWriting)技术是一种厚薄膜印刷系统，由计算机预先设置图形并控制工作台移动，采用沉积、喷射、烧蚀等各种方法在基板表面制作出二维功能材料图形或三维立体零件。该技术最初应用在微电子行业中，代替丝网印刷等传统工艺制作导线、电容、电感等无源器件，在简化印制电路板制造工艺、降低成本等方面起着重要的作用。目前用该技术制作的结构尺寸精度虽不及光刻工艺高，但是它具有丝网印刷、喷涂和转印等不具备的一些优势，比如无需掩膜、周期短、对环境污染小、可选择的材料范围广泛、柔性化程度高、适于制作复杂的图形和结构，特别是可用于三维立体复杂零件的制造。

本申请人早期公开了多个与微笔直写加工装置设备系统相关的发明专利或实用新型，如“一种电子浆料的直写成型装置”(申请号：CN200620097596)、“一种电子浆料雾化沉积直写装置”(申请号：CN200610019527)、和“一种制备聚合物光波导的方法及其专用直写装置”(申请号：CN200610019923)等。这些专利或实用新型公开的装置系统直写加工的范围大，运行稳定，结构简单，操作方便，实用性强，初步具备了制作二维和准三维功能材料图形及较复杂立体零件的能力。

本申请人已利用该设备的准二维制作能力，初步制作出了具有三维复合式结构的微带天线，它分别根据双臂平面等角螺旋天线和双臂圆锥对数螺旋天线的函数方程编写宏程序，在AutoCAD中绘制天线的结构图，利用CAD/CAM转换软件处理结构图，实现了对这些三维空间曲线的加工。不过，该三维复合式结构微带天线是在具有标准三维结构的工件表面直写出具有标准空间曲线方程的图形而得到的。

尽管这样，该微笔直写加工装置尚存在明显的缺点：即该装置在直写过程中，既对基板表面的平整性要求很高，又无相应的监测调节装置，而且也不能在无标准空间曲线方程的复杂曲面工件上进行直写加工，无法满足对表面不平整的三维曲面直写的加工工艺要求。该装置在进行表面不平整的三维曲面直写的加工时，随着微笔直写笔头的移动，微笔直写笔头会经常与不平整的工件表面发生碰撞或刮擦，缩短微笔直写笔头使用寿命，甚至损坏微笔直写笔头，而且还导致直写的浆料层厚度不均匀，直写的加工效果差、效率低。因此，实际加工应用时，无法最大程度发挥微笔直写装置的优势，难以满足加工要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题在于提供一种三维曲面上微笔直写电子浆料的装置，该装置可在表面不平整的低/高曲率曲面或是球面工件上进行微笔直写，以解决上述背景技术中的缺点。

本实用新型提供的一种三维曲面上微笔直写电子浆料的装置，其特征在于，该装置包括五轴联动工作台、微笔直写子系统和控制单元；

所述五轴联动工作台包括XY工作台、Z轴和旋转工作台，Z轴与XY工作台垂直安装，旋转工作台安装在XY工作台上，用于安装待直写的工件，旋转工作台能够使工件分别绕X轴方向和Z轴方向旋转运动；

微笔直写子系统包括微笔阵列、激光位移传感器和夹具，微笔阵列由阵列排布的微笔直写笔头构成，微笔阵列固定在与Z轴相连的支架上，微笔阵列垂直于XY工作台的平面安装；激光位移传感器通过夹具安装在与Z轴相连的所述支架上，激光位移传感器与XY工作台的平面倾斜安装；

控制单元用于控制五轴联动工作台运动，使激光位移传感器与微笔阵列能够同时移动，并在微笔直写过程中控制微笔直写笔头与工件之间的垂直距离。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：