面向多層卷對卷印刷電子設備的精密對準技術研究

《面向多層卷對卷印刷電子設備的精密對準技術研究》是依託北京航空航天大學，由陳偉海擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：面向多層卷對卷印刷電子設備的精密對準技術研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：陳偉海
• 項目類別：面上項目

項目摘要

在深入分析了卷對卷印刷電子多層套準機理的基礎上，針對現有卷對卷印刷電子設備在多層套準過程中由於存在滾筒動態跳動、張力分布不均，以及補償系統頻寬限制等缺陷，導致套準精度不高，造成器件印製圖案的解析度和精度不能滿足市場要求的問題，提出了一種動-靜轉換策略和基於柔性機構的誤差補償方案，使得套準系統不僅能夠避開滾筒高頻跳動的問題，而且能有效地消除薄膜張力分布不均的現象。在此基礎上，系統地開發了一套具有空間RCC特性的支撐機構及兩套五自由度分散式柔性機構，完成了苛刻的多層精密套準任務。最終搭建了一套基於靜態氣浮滾筒、具有大範圍自我容錯功能的卷對卷印刷電子設備多層套準系統。項目的主要目標是通過我們具有特色的多層套準系統的研究，以求在精密機構設計與精密運動控制等關鍵技術上有所突破，為我國印刷電子設備套準系統的設計和開發提供理論與技術支持，為實現柔性電子器件製造的一致性與批量化打下良好的基礎。

結題摘要

本課題深入分析卷對卷印刷電子設備的基本工作原理，針對卷對卷噴墨印刷過程中由於滾筒動態跳動、張力分布不均，以及補償系統頻寬限制等設備自身缺陷，導致器件印製圖案的解析度和精度不能滿足市場要求的問題，提出了一種具有多層套準誤差補償功能的卷對卷噴墨印刷系統，實現了對卷對卷噴墨印刷中印刷圖案多層套準誤差的有效補償。該系統主要包括一套能夠消除傳統滾筒帶來的跳動誤差的氣浮支撐裝置、一套用於消除薄膜側向張力分布不均的滾筒位姿調節機構以及一套用於噴墨頭位姿調整的五自由度柔性夾持機構。其中滾筒位姿調節機構採用氣浮球軸承與柔性機構相結合的方式進行設計，由於氣浮軸承和柔性機構都就有無碰撞、無摩擦和無需潤滑等優點，該機構具有較高的調整精度，並且由於滾筒中心與氣浮球軸承動子中心重合，避免了滾筒角度調整過程中帶來的側向運動。針對卷對卷噴墨印刷過程中多層圖案套準定位問題，課題提出了一種基於雙顯微攝像頭的視覺標籤檢測定位方法。 通過對上、下兩層對準機構的結構和剛度進行最佳化，使得滾筒位姿調節機構能夠補償±0.6°的滾筒角度誤差，五自由度柔性夾持機構能夠補償148.11 µm × 149.73 µm × 813.61 µm × 1.558 mrad × 3.501 mrad的噴墨頭位置誤差。此外，課題也針對卷對卷薄膜傳輸系統，開發了一套基於非線性動態矩陣模型的精確張力控制算法，使得薄膜傳輸過程中的張力得到精確控制，最終使得設計的卷對卷噴墨印刷系統最終實現了寬幅200 mm，解析度10 μm的雙層圖案列印。項目將為我國印刷電子設備的設計和開發提供理論與技術支持，為實現柔性電子器件製造的一致性與批量化打下良好的基礎。目前共發表SCI源的國際期刊論文21篇，EI論文12篇，申請發明專利6項（已授權5項）。通過該項目，共培養了6個博士生和10個碩士生。