一种导电银浆复合烧结方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种导电银浆复合烧结方法及装置，所述导电银浆复合烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：1）向导电银浆中添加烧结剂，引发银颗粒的自烧结，所述烧结剂为能够实现导电银浆快速烧结的烧结剂，添加烧结剂的质量不超过银浆质量的5％；2）将添加了烧结剂的导电银浆按照预设的电路加工路径沉积到基体上，在沉积过程中通过在线辅助热源烧结导电银浆。本发明专利技术方法通过改进与在线烧结设备配合的导电浆料制备工艺，相较于现有的后处理烧结工艺，可实现浆料的原位快速烧结，相较于现有的在线烧结工艺，通过对成分的优化配置，可弥补其热量“由上而下”传递造成的烧结不完全问题，使烧结后获得内部结构致密、电阻率低的导电迹线。

A method and device of conductive silver paste composite sintering

【技术实现步骤摘要】
一种导电银浆复合烧结方法及装置
本专利技术属于电子电路制造
，涉及3D打印技术，具体为一种导电银浆复合烧结方法及装置。
技术介绍
为将导电银浆从不导电的浆料转化为具备导电能力的导电迹线，目前已有多种导电银浆烧结方式。按其烧结时间，可将其分为两大类：后处理烧结、在线烧结。后处理烧结主要包括热烧结、化学烧结、微波烧结、欧姆烧结。这类烧结方式的特点是，在导电银浆沉积完成后，使用热、烧结剂或微波烧结银浆。后处理烧结可以实现导电银浆的均匀烧结，获得低电阻率的导电迹线，缺点是无法实现快速烧结，降低生产效率。在线烧结主要包括激光烧结、闪灯烧结、紫外固结。这类烧结方式的特点是，在沉积银浆的过程中，使用点激光、闪灯或紫外灯，在线烧结银浆。在线烧结可以实现导电银浆的快速烧结，缺点是由于热量传递“由上而下”，无法实现导电银浆的均匀烧结，导电迹线致密度低，电阻率高。因此，亟需一种既可以快速烧结又可以均匀烧结的导电银浆烧结方式，以快速获得低电阻率的导电迹线。
技术实现思路
针对
技术介绍
中所描述的技术改进需求，本专利技术提供了一种导电银浆复合烧结方法，以及可进一步提升该方法烧结效果的设有在线辅助热源的电路打印装置。本专利技术的技术方案为：一种导电银浆复合烧结方法，其特征在于，包括：1)向导电银浆中添加烧结剂，引发银颗粒的自烧结，添加烧结剂的质量不超过银浆质量的5％；2)将添加了烧结剂的导电银浆按照预设的电路加工路径沉积到基体上，在沉积过程中通过在线辅助热源烧结导电银浆。所述导电银浆一般选择沸点在200摄氏度以下的溶剂。作为优选，所述导电银浆中的银颗粒为纳米银颗粒。作为优选，所述导电银浆的溶剂采用易挥发溶剂，导电颗粒为直径20纳米的纳米银颗粒，且纳米银颗粒表面被分散剂包覆，即导电银浆中含有分散剂。一种用于如上所述复合烧结方法的设有在线辅助热源的电路打印装置，包括控制系统、在线辅助热源、导电浆料喷头和喷头运动执行机构，所述喷头运动执行机构包括一主轴，导电浆料喷头安装在所述主轴的底部，其特征在于：所述3D打印装置还设有环绕跟随模块和自动调焦模块；所述环绕跟随模块包括环绕臂、第一驱动设备和环绕传动机构，所述环绕臂水平设置，安装在主轴上，与主轴相垂直；所述第一驱动设备安装在环绕臂上，通过环绕传动机构控制环绕臂围绕主轴水平转动；在线辅助热源通过所述自动调焦模块与环绕臂连接，所述自动调焦模块包括第二驱动设备和调焦传动机构，用于控制在线辅助热源相对环绕臂俯仰转动；所述第一驱动设备和第二驱动设备的控制信号输入端分别与所述控制系统连接，通过控制系统根据设定好的加工路径，规划在线辅助热源的水平旋转角度和俯仰转动角度，以此控制第一驱动设备和第二驱动设备的动作，在导电浆料喷头的运动过程中，使激光束的光斑始终落在导电浆料喷头在加工路径中的后方上游位置，固化刚沉积在基体上的导电银浆。进一步的，所述环绕传动机构包括固定安装在主轴上的锥面齿圈，所述锥面齿圈与主轴同心同轴；所述第一驱动设备采用电机，电机的旋转输出轴与主轴垂直，电机旋转输出轴上安装有与所述锥面齿圈啮合的锥面齿轮，电机输出轴旋转时，驱使锥面齿轮在锥面齿圈的斜面上沿其圆周方向滚动，进而带动环绕臂以主轴为中心在水平方向上转动。所述调焦传动机构包括一底座和一安装座，所述底座的内侧一端与环绕臂固定连接，外部设有两个平行的支撑板，一水平设置的转轴设置在两支撑板之间，转轴两端安装在所述两支撑板上；所述第二驱动设备采用电机，电机安装在所述底座上，其旋转输出轴上安装有传动齿轮，所述传动齿轮亦处于两支撑板之间，位于所述转轴的内侧，电机的旋转输出轴与转轴平行，所述安装座安装在所述转轴上，且背面设有与所述传动齿轮相啮合的齿轮结构，所述齿轮结构的中心落在所述转轴上，则电机旋转输出轴转动时，可带动安装座和在线辅助热源以所述转轴为中心俯仰转动。所述安装座的外侧面设有电动滑台导轨，所述在线辅助热源安装在所述电动滑台导轨的滑块上，沿导轨做直线运动，设所述导轨的运动方向为X轴，X轴的延伸方向处于竖直面上，其下方向靠近导电浆料喷头的一侧倾斜；所述电动滑台导轨滑块的驱动设备与控制系统连接，控制系统通过对在线辅助热源俯仰转动和直线运动的合成，控制激光束光斑精确照射到需要固化的电路位置上。本专利技术所述复合烧结过程的原理为：在导电银浆沉积过程中，导电银浆中低沸点溶剂自发快速挥发，烧结剂浓度快速增加，将银颗粒表面的有机物从银颗粒上脱离，为使得表面能减少，银颗粒快速聚结，完成自烧结；同时，使用在线辅助热源烧结，一方面可加速溶剂挥发和自烧结过程，一方面直接熔融银颗粒，达到进一步烧结的目的。有益效果：1)本专利技术方法通过改进与在线烧结设备配合的导电浆料制备工艺，相较于现有的后处理烧结工艺，可实现原位快速烧结，相较于现有的在线烧结工艺，通过对成分的优化配置，可弥补其热量“由上而下”传递造成的烧结不完全问题，烧结后可获得内部结构致密、电阻率低的导电迹线；2)本专利技术电路打印装置通过优化在线辅助热源的结构设计，可确保在线辅助热源的作用点始终落在导电浆料喷头运动路径的上游，使电路的每一位置都实现良好的原位烧结固化效果，避免相对固定的喷头和激光头等在线辅助热源在经过转向位置和曲线部位时，容易出现热源作用点短暂偏离电路迹线的情况，进一步提升电路加工质量，避免工艺短板。附图说明图1为导电银浆复合烧结方法原理示意图；图2为未添加烧结剂时导电银浆内部成分状态的示意图；图3为添加烧结剂后导电银浆内部成分状态的示意图；图4为自烧结发生时导电银浆内部状态转变过程的示意图；图5为自烧结后导电迹线内部成分的状态示意图；图6为复杂加工路径的示意图；图7为本专利技术装置的结构示意图；图8为具体实施例中环绕跟随模块的内部结构示意图；图9为具体实施例中自动调焦模块的爆炸结构示意图。具体实施方式为了进一步阐明本专利技术的技术方案和技术原理，下面结合附图与具体实施例对本专利技术做具体的介绍。实施例一：一种导电银浆复合烧结方法，具体实施过程如下：1)制备导电银浆以蒸馏水为溶剂，将直径20纳米的纳米银颗粒溶在蒸馏水中，并添加分散剂，使纳米银颗粒表面被分散剂包覆，此时导电银浆内部组分的状态如图2所示。2)向步骤1)制备的导电银浆中添加烧结剂，制备包含低浓度烧结剂的导电银浆所述烧结剂为NaCl，添加质量为原银浆质量的0.1％，此时导电银浆内部组分的状态如图3所示；3)制备电路采用喷射沉积的方式，将添加了烧结剂的导电银浆按照预设的电路加工路径沉积到基体上，在沉积过程中通过在线辅助热源烧结导电银浆。沉积导电银浆到基板上后，银浆溶剂快速挥发，烧结剂浓度快速升高，银颗粒自烧结，在线辅助热源加速了溶剂的挥发，且提供热量直接烧结银颗粒。图4示出了自烧结发生时导电银浆内部状态转变过程，在此过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导电银浆复合烧结方法，其特征在于，包括：/n1)向导电银浆中添加烧结剂，引发银颗粒的自烧结，添加烧结剂的质量不超过银浆质量的5％；/n2)将添加了烧结剂的导电银浆按照预设的电路加工路径沉积到基体上，在沉积过程中通过在线辅助热源烧结导电银浆。/n

【技术特征摘要】
1.一种导电银浆复合烧结方法，其特征在于，包括：
1)向导电银浆中添加烧结剂，引发银颗粒的自烧结，添加烧结剂的质量不超过银浆质量的5％；
2)将添加了烧结剂的导电银浆按照预设的电路加工路径沉积到基体上，在沉积过程中通过在线辅助热源烧结导电银浆。


2.根据权利要求1所述的一种导电银浆复合烧结方法，其特征在于：
所述导电银浆的溶剂沸点在200摄氏度以下。


3.根据权利要求1或2所述的一种导电银浆复合烧结方法，其特征在于：
所述导电银浆中的银颗粒为纳米银颗粒。


4.根据权利要求3所述的一种导电银浆复合烧结方法，其特征在于：
所述导电银浆的溶剂为易挥发溶剂，导电颗粒为直径20纳米的纳米银颗粒，纳米银颗粒表面被分散剂包覆。


5.一种用于如权利要求1-4中任一项所述复合烧结方法的设有在线辅助热源的电路打印装置，包括控制系统、在线辅助热源、导电浆料喷头(2)和喷头运动执行机构，所述喷头运动执行机构包括一主轴(7)，导电浆料喷头(2)安装在所述主轴(7)的底部，其特征在于：
所述打印装置还设有环绕跟随模块(3)和自动调焦模块；
所述环绕跟随模块(3)包括环绕臂(9)、第一驱动设备和环绕传动机构，所述环绕臂(9)水平设置，安装在主轴(7)上，与主轴(7)相垂直；所述第一驱动设备安装在环绕臂(9)上，通过环绕传动机构控制环绕臂(9)围绕主轴(7)水平转动；
在线辅助热源通过所述自动调焦模块与环绕臂(9)连接，所述自动调焦模块包括第二驱动设备和调焦传动机构，用于控制在线辅助热源相对环绕臂(9)俯仰转动；
所述第一驱动设备和第二驱动设备的控制信号输入端分别与所述控制系统连接，通过控制系统根据设定好的加工路径，规划在线辅助热源的水平旋转角度和俯仰转动角度，以此控制第一驱动设备和第二驱动设备的动作，在导电浆料喷头(2)的运动过程中，使在线辅助热源的作用点始终落在导电浆料喷头(2)在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘婷婷，肖行志，顾明飞，廖文和，俎文凯，李昊真，张长东，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32