一種全自動(dòng)電子打印設(shè)備及打印方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電路及電子器件直接打印技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于滾珠轉(zhuǎn)印電子墨水式的全自動(dòng)電子打印設(shè)備及打印方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的集成電路(IC)制造主要集中于條件優(yōu)越的大企業(yè)，借助特定的高端電子加工設(shè)備(如分子束外延技術(shù)等)和超凈室，將電子電路所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等電子元件及其之間的連接導(dǎo)線全部集成在一小塊硅片上，然后焊接封裝在一個(gè)管殼內(nèi)的電子器件內(nèi)，形成終端產(chǎn)品，這種方法對(duì)應(yīng)的制作工藝一般包括:氧化、光刻、擴(kuò)散、外延、濺射、真空沉積等環(huán)節(jié)。發(fā)展至今，最為經(jīng)典的集成電路制造方法主要用于實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，產(chǎn)量及規(guī)模大時(shí)能降低單個(gè)器件制作的成本，但其也存在明顯不足，如:制造工藝復(fù)雜、能耗高、污染嚴(yán)重、成本昂貴、對(duì)潔凈度要求極嚴(yán)格等，特別是，這類(lèi)傳統(tǒng)方法在在制造中不可避免的是需要消耗大量的原材料、水資源和能源。由于這些因素，傳統(tǒng)IC很難滿足單件或小批量電子設(shè)備的設(shè)計(jì)和加工之需，更難滿足用戶對(duì)千姿百態(tài)的個(gè)性化制造的需求，不易普及。
[0003]近年來(lái)，隨著對(duì)個(gè)性化電子設(shè)計(jì)和制造需求的日益增長(zhǎng)，催生了印刷電子學(xué)技術(shù)的誕生和發(fā)展。這種有別于傳統(tǒng)IC制造方法的新型電子加工途徑，其核心在于采用添加技術(shù)即直接印刷的方式完成器件制作，可實(shí)現(xiàn)電子電路的個(gè)性化生產(chǎn)制造，從理論上講是一種極為高效、綠色化的電路及電子器件生產(chǎn)模式。研究人員為此提出了一系列用于印刷的電子墨水，如:在有機(jī)或聚合物中添加高導(dǎo)電性納米顆粒的可印刷式導(dǎo)電墨水，以及液態(tài)金屬電子墨水等，相應(yīng)突破促成了印刷電子學(xué)的大發(fā)展。然而，這些電子墨水的提出也隨即引申出了前所未有的技術(shù)挑戰(zhàn)。一個(gè)關(guān)鍵原因在于，現(xiàn)今所發(fā)展的電子墨水普遍存在粘度高，表面張力極大的情況，這給輸運(yùn)和噴射印刷造成較大困難，許多情況下，墨水要么難以噴射出，要么阻塞住打印頭，導(dǎo)致制造失敗。也因如此，科技界雖然提出了相應(yīng)的電子墨水書(shū)寫(xiě)筆，但能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)化的全自動(dòng)型電子打印的成熟技術(shù)始終極為鮮見(jiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種可將電路及電子器件以直接轉(zhuǎn)印的方式制造出來(lái)的全自動(dòng)電子打印設(shè)備及打印方法，以解決現(xiàn)有電路或電子器件制造程序復(fù)雜、材料及能源消耗大、環(huán)境污染相對(duì)較高的問(wèn)題，為新興的印刷電子學(xué)領(lǐng)域提供一種嶄新工具。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供全自動(dòng)電子打印設(shè)備，包括:
[0008]計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)用于生成打印控制指令；
[0009]打印機(jī)箱，所述打印機(jī)箱中設(shè)有走紙機(jī)構(gòu)、滑軌、打印機(jī)構(gòu)、溫度控制裝置及狀態(tài)傳感器；
[0010]所述走紙機(jī)構(gòu)包括基底、輸送單元及走紙控制模塊；所述輸送單元安裝在所述基底上，所述輸送單元用于輸送打印載體；所述走紙控制模塊與所述計(jì)算機(jī)連接，接收打印控制指令，并控制所述走紙機(jī)構(gòu)工作；
[0011]所述滑軌橫跨固定在所述打印機(jī)箱內(nèi)，并位于所述走紙機(jī)構(gòu)的上方位置；
[0012]所述打印機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述滑軌上，所述打印機(jī)構(gòu)包括滑塊、滾珠式打印頭、夾持機(jī)構(gòu)及打印控制模塊；所述滾珠式打印頭內(nèi)填充有電子墨水；所述滑塊可滑動(dòng)地安裝在所述滑軌上；所述夾持機(jī)構(gòu)連接所述滑塊及滾珠式打印頭；所述打印控制模塊與所述計(jì)算機(jī)連接，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)打印控制模塊控制所述滑塊在滑軌上的左右移動(dòng)，并控制所述滾珠式打印頭工作，調(diào)節(jié)所述滾珠式打印頭與所述承印載體的距離并操縱打印動(dòng)作；
[0013]所述溫度控制裝置用于調(diào)節(jié)打印機(jī)箱的內(nèi)部溫度；
[0014]所述狀態(tài)傳感器用于監(jiān)控打印設(shè)備的工作狀態(tài)。
[0015]優(yōu)選的，所述輸送單元固定安裝在所述基底上，所述輸送單元包括兩對(duì)間隙設(shè)置的輥輪及用于驅(qū)動(dòng)輥輪轉(zhuǎn)動(dòng)的輥輪驅(qū)動(dòng)組件，所述兩對(duì)輥輪的滾動(dòng)軸心同軸布置，所述承印載體通過(guò)所述輥輪輸送。
[0016]優(yōu)選的，所述輸送單元通過(guò)三維移動(dòng)單元安裝在所述基底上，所述三維移動(dòng)單元帶動(dòng)所述輸送單元三維移動(dòng)；所述輸送單元包括一個(gè)圓筒夾持組件及電機(jī)，所述承印載體設(shè)置在所述圓筒夾持組件外表面，所述電機(jī)與圓筒夾持組件連接，并驅(qū)動(dòng)圓筒夾持組件轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0017]優(yōu)選的，所述打印機(jī)構(gòu)還包括:位移傳感器及帶有控制模塊的微位移器，夾持機(jī)構(gòu)通過(guò)微位移器安裝在滑塊上；所述位移傳感器與所述微位移器電連接，控制模塊依據(jù)位移傳感器測(cè)量信息控制微位移器上打印頭的上下位置及與承印載體的距離并操縱打印動(dòng)作。
[0018]優(yōu)選的，所述電子墨水包括低熔點(diǎn)液態(tài)金屬及其合金、P型半導(dǎo)體墨水、N型半導(dǎo)體墨水及絕緣封裝墨水。
[0019]優(yōu)選的，所述溫度控制裝置包含電熱絲、風(fēng)扇、溫度傳感器及控制裝置，確保電子墨水保持應(yīng)有的熱狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)流暢打印。
[0020]優(yōu)選的，所述打印機(jī)構(gòu)是I至4枚。
[0021]優(yōu)選的，所述承印載體對(duì)象包含紙張型的打印紙、透明膠片或復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)。
[0022]優(yōu)選的，所述狀態(tài)傳感器包括:
[0023]初始位置傳感器，安裝于滑塊內(nèi)，用于檢測(cè)打印盒是否停在默認(rèn)的原始位置；
[0024]紙盡傳感器，安裝于走紙機(jī)構(gòu)底端，用于檢測(cè)所裝的承印載體是否用盡。
[0025]本發(fā)明還提供使用全自動(dòng)電子打印設(shè)備的打印方法，包括:
[0026]通過(guò)計(jì)算機(jī)安裝的DIY繪圖程序及結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)出需要打印的電子電路或電子器件的圖案，并生成印刷控制指令，并發(fā)送給各控制模塊；
[0027]所述各控制模塊接收所述計(jì)算機(jī)的印刷控制指令，依據(jù)所述狀態(tài)傳感器的記錄信息進(jìn)行工作，并執(zhí)行所述印刷控制指令控制各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)配合形成所需要的空間軌跡，實(shí)現(xiàn)由導(dǎo)電墨水、P型半導(dǎo)體墨水、N型半導(dǎo)體模式印制成的電子電路或器件。
[0028](三)有益效果
[0029]本發(fā)明提供的滾珠轉(zhuǎn)印墨水式全自動(dòng)電子打印設(shè)備，因引入了計(jì)算機(jī)控制下的輕敲型滾珠式打印頭及其內(nèi)滾珠的轉(zhuǎn)動(dòng)功能，由此實(shí)現(xiàn)了高粘度和高表面張力的電子墨水在其表面的不斷黏附及持續(xù)的高質(zhì)量輸運(yùn)和轉(zhuǎn)印，不會(huì)出現(xiàn)墨水堵頭或中斷的問(wèn)題，由此確保了電路以及電子器件在紙張或三維物體表面的全自動(dòng)打印。此電子打印過(guò)程在常溫或常規(guī)條件下包括普通辦公場(chǎng)所即可完成，無(wú)需手動(dòng)操作，適用于任何形狀的電子圖案打印，其對(duì)環(huán)境要求不高，能源消耗及材料無(wú)效損耗低，可顯著降低傳統(tǒng)電路及電子器件制備工藝的復(fù)雜性和成本，大幅度提高其生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)可廣泛用于電子工業(yè)個(gè)性化設(shè)計(jì)及更多新興領(lǐng)域，其顯著的低成本特點(diǎn)可滿足小批量尤其是單件電子器件的設(shè)計(jì)和快速打印，這是為傳統(tǒng)電子制造技術(shù)無(wú)法滿足的，在發(fā)展柔性電子功能器件方面有廣泛普及應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是本發(fā)明的實(shí)用例I用于打印紙張類(lèi)承印載體的滾珠轉(zhuǎn)印墨水式的全自動(dòng)電子打印設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2是本發(fā)明中滾珠式打印頭的示意圖；
[0032]圖3是本發(fā)明的實(shí)施例2帶有3枚打印機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4是本發(fā)明的實(shí)施例3用于打印三維物體表面的滾珠轉(zhuǎn)印墨水式的全自動(dòng)電子打印設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖5是本發(fā)明實(shí)施例3的機(jī)構(gòu)臂的示意圖；