本发明专利技术公开了一种直写电子／光电子元器件的微细笔及由其构成的装置。微细笔的结构为：减压装置位于笔帽内，并与位于笔帽顶部的施压气管相连，笔帽的下端与笔筒的上端活动、密封连接构成储料腔，储料腔用于储存需要沉积的物料，笔筒的下端为笔尖。该微细笔通过二个并联的压力控制装置与气源连接，并采用控制器控制两条气路的通断和微细笔相对基板的运动，构成直写装置。微细笔可用于制作电子元器件，还可用于制作光电子元器件，如聚合物光波导。结合该微细笔的结构特点和聚合物材料的特性，可将聚合物材料置于微细笔内，在基板上直写出光波导。本发明专利技术装置布线速度快，线宽范围大，制造和运行成本低，布线速度范围为２ｍｍ／ｓ～１５ｍｍ／ｓ，线宽范围为０．０６ｍｍ～２ｍｍ。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子/光电子元器件制造领域，具体涉及一种直写电子/光电子元器件的微细笔及由其构成的装置。本专利技术尤其适用于快速制造导线、电阻、电容、电感以及光波导等。
技术介绍
大规模集成电路的产生和发展，使电路密度大幅度提高，并不断向高精度、高密度、细线、小孔、高可靠性、低成本和自动化连续生产方向发展。特别是近年来，随着电子产品不断向集成化、小型化、短时效、小批量、多品种方向发展，制约电子产品质量进一步提高的因素已经由原来的芯片尺寸大小转变为芯片间互连线间距，即基板的尺寸与布线密度。传统的印制电路板制作工艺方法(如丝网漏印、光化学刻蚀等)已经越来越不能满足这些要求，主要原因在于制造工序多，最小线宽和线间距受到很大限制；由于腐蚀去除的导电材料多，造成的浪费大；环境污染严重等。除此之外，用传统制造工艺制作线路板的周期较长，无法有效缩短新产品研究开发周期；电路板一旦制作完工，无法对所设计的导电线路进行必要修改；对于单件或者小批量生产电路板来说，制造成本较高。这些不足制约了该技术在一些新领域的应用。近年来，直写技术已成为电子制造领域中工程技术人员的关注热点之一。所谓直写技术，在电子制造领域中是指采用特殊的加工工具，能够依照计算机程序预设形状与尺寸要求，在所指定的基板表面去除或者沉积所指定的各种材料，形成所需要功能结构的技术和工艺。和传统的基板制造技术相比，直写技术具有不需掩膜、制造精度高、易于修改、研制周期短、材料选择范围广、材料利用率高、所需成本低、对环境污染小等优点，因此在电子制造领域中具有广阔的应用前景。可以用于直写的工艺方法很多，主要分为减成法和加成法两种。减成法指采用特定工具在基板表面进行刻蚀或者雕刻等去除过程，工艺简单可靠，所使用的工具可以是聚焦离子束、激光束、金刚石刀具等，但是所制造的微结构功能主要局限于基板相关材料。加成法指采用特殊的工具在基板表面添加新的材料来形成微结构的过程。与减成法最大的差别在于，加成法所添加的材料不受基板材料的限制，因此可以制备的微结构种类更多，功能也更加广泛。在众多的加成法直写技术中，比较成熟和应用比较广泛的主要有Micropen直写技术和M3D技术。Micropen直写技术采用电子浆料作为添加材料，通过专门设计的微细笔系统——一种丝杆螺母机构实现柱塞往复运动——来控制浆料的输出量大小，浆料通过喷嘴流出并与基板表面恰当接触形成膜层，在数控系统的控制下直写出所设计的图案。该技术由Sandia National Lab和新墨西哥大学联合研发，通过OhmCraft公司推向市场。Micropen直写时，必须综合考虑材料的流变特性如粘度、表面张力等，并注意与基板的表面粗糙度、直写速度与线宽等参数的匹配，才能获得较高质量的功能元件或者结构。Micropen工艺是最早将直写技术引入电子元器件快速制造的几种工艺之一，在很多方面具有开创性意义，如直写出13层的电子元件和集成RC滤波器等。其特点是微细笔机构适合于很宽粘度范围的浆料。但是其主要缺点是设备比较复杂，而且在换向时易出现失步现象，导致所制备的元器件质量稳定性降低。关于Micropen直写布线的具体设计方法详见美国专利“Carl E，Drumheller.Inking System for Producing Circuit Patterns.UnitedStates，United States Patent，4485387，1984.”M3D(Maskless Mesoscale Material Deposition)技术，即无掩膜中尺度材料沉积技术，是近年来发展非常迅速的直写技术之一，由美国SandiaNational Lab研究、Optomec Inc.开发。该技术用雾化系统雾化浆料，并结合喷射沉积系统，将雾化后的浆料以一定速度喷射沉积到基板上，形成所要求的电子图案。M3D的特点是喷嘴与基板的间距在数毫米之内变化时，仍然能够获得均匀的细线；所制备的特征线宽较小，布线比较均匀，并且可用于曲面基板上的微制造以及其它形状的三维制造。但是，该技术的最大缺点在于所能够雾化的浆料粘度范围过小，仅仅在0.7-1000×10-3Pa·S之间，因此能够适用的浆料种类较少，所能够制备的电子元器件种类有限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备电子/光电子元器件的微细笔，该微细笔结构简单，成本较低，能应用的浆料粘度范围广；本专利技术还提供了由该微细笔构成的装置，该装置可以满足多种电子元器件和光电子器件的快速制造。本专利技术提供的一种直写电子/光电子元器件的微细笔，其特征在于减压装置位于笔帽内，并与位于笔帽顶部的施压气管相连，笔帽的下端与笔筒的上端活动、密封连接构成储料腔，储料腔用于储存需要沉积的物料，笔筒的下端为笔尖。由上述微细笔所构成的装置，气源通过气管分别与二个并联的第一压力控制装置和第二压力控制装置相连，第一压力控制装置通过施压气管与微细笔相连，用于控制施压气管中气压的通断和调节其大小，第二压力控制装置通过雾化气管与微细笔的气流导引腔相连，用于控制雾化气流的通断和调节气流导引腔内雾化气流的大小，控制器分别与第一压力控制装置、第二压力控制装置相连，用于控制两条气路的通断，控制器还与微细笔相连，用于控制微细笔相对基板的运动。作为上述微细笔的改进方案，上述笔筒与笔尖的外部套接有笔壳，笔壳与笔筒及笔尖之间形成气流导引腔，笔壳上设有雾化气管，气流导引腔的下端为与笔尖同轴的气嘴；上述笔尖的内径为20μm-200μm，外径为120μm--260μm；笔尖和气嘴间的间隙为5μm--20μm。本专利技术微细笔可以构成喷射或直写装置，适合一些较大面积元器件的制造。本专利技术克服了国内外现有直写装置结构复杂，成本高，适用性不强等缺点。与现有技术相比，本专利技术具有如下特点(1)本专利技术微细笔的结构简单，加工制造容易，加工成本低，使用时拆装和清洗方便。进行直写时，准备工作时间短，操作简便。(2)该微细笔可利用气体压力精确控制写出浆料的多少，进而决定线条宽度或膜层厚度，同时利用气体的通断和机床的运动和停止来精确控制微细笔直写的起停，可以满足各种复杂微结构的直写工艺要求。(3)该微细笔具有用同一种基本结构，实现不同功能的能力。也就是当仅仅采用微细笔的基本结构时，可以进行挤压式直写，满足窄线宽、高粘度材料的直写要求。当在微细笔的基本结构上加上笔壳后，则还可进行喷射式直写，利用雾化过程的浆料发散特性，快速、均匀地实现大面积成膜，以满足电子工业中电子元器件制造的需要。(4)该微细笔不仅用于制作电子元器件，而且还可用于制作光电子元器件，如聚合物光波导。结合该微细笔的结构特点和聚合物材料的特性，可将聚合物材料置于微细笔内，在基板上直写出光波导。(5)上述微细笔与相应的机床与控制装置组合，组成微细笔直写装置，满足多种电子元器件和光电子器件的快速制造。本专利技术装置布线速度快，线宽范围大，制造和运行成本低，布线速度范围为2mms～15mm/s，线宽范围为0.06mm～2mm。附图说明图1为本专利技术微细笔的结构示意图；图2为本专利技术微细笔的另一实施方式的结构示意图；图3为应用本专利技术微细笔的装置的结构示意图；图4为本专利技术微细笔的一种应用实例的结构示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种直写电子／光电子元器件的微细笔，其特征在于：减压装置（２）位于笔帽（３）内，并与位于笔帽（３）顶部的施压气管（１）相连，笔帽（３）的下端与笔筒（６）的上端活动、密封连接构成储料腔（４），储料腔４用于储存需要沉积的物料，笔筒（６）的下端为笔尖（７）。
【技术特征摘要】
1.一种直写电子/光电子元器件的微细笔，其特征在于减压装置(2)位于笔帽(3)内，并与位于笔帽(3)顶部的施压气管(1)相连，笔帽(3)的下端与笔筒(6)的上端活动、密封连接构成储料腔(4)，储料腔4用于储存需要沉积的物料，笔筒(6)的下端为笔尖(7)。2.根据权利要求1所述的微细笔，其特征在于笔筒(6)与笔尖(7)的外部套接有笔壳(10)，笔壳(10)与笔筒(6)及笔尖(7)之间形成气流导引腔(9)，笔壳(10)上设有雾化气管(8)，气流导引腔(9)的下端为与笔尖同轴的气嘴(11)。3.根据权利要求1或2所述的微细笔，其特征在于所述笔尖(7)的内径为20μm--200μm，外径为120μm--260μm。4.根据权利要求2所述的微细笔，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾晓雁，李祥友，王泽敏，李金洪，王小宝，曹宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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