电流体动力学近场直写工艺参数对微图案的影响
发布时间：2021-11-29 04:44
以聚氧化乙烯（PEO）为直写溶液,光泽柔性绝缘相纸作为基板材料,采用自主研制的电流体动力学近场直写（ENDW）设备直写微图案。研究了工作电压、直写高度和直写溶液的质量分数等参数对PEO溶液的直写微图案宽度的影响。结果表明在使用质量分数3%的PEO溶液在进行直写时,喷嘴与基底之间的工作电压从1.1 kV增大到2.6 kV,PEO微图案的平均宽度从35.61μm下降到23.3μm,并且图案宽度的工艺误差从8.24μm下降到2.21μm。随着工作电压的增大,喷嘴处的射流形态变化依次为:液滴状、弯液面、稳定射流、多股射流。同时研究发现,通过降低直写高度和增加PEO溶液的质量分数,能进一步减小微图案的宽度,并且能够提高微图案宽度的均匀性。
【文章来源】：微纳电子技术. 2019,56(01)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１电流体动力学近场直写实验设备原理图Ｆｉｇ．１ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅＥＮＤＷｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐX鄄Y轴
李鹏等：电流体动力学近场直写工艺参数对微图案的影响X鄄Y轴控制系统CCD相机喷嘴基底LEDZ轴注射泵高压直流电源图１电流体动力学近场直写实验设备原理图Ｆｉｇ．１ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅＥＮＤＷｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐ图２自主研制的电流体动力学近场直写实验设备Ｆｉｇ．２ＳｅｌｆｄｅｖｅｌｏｐｅｄＥＮＤＷｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐ２结果与讨论２．１工作电压对微图案宽度的影响在进行电流体动力学近场直写过程中，由于直写高度较小，高压电源所施加的工作电压产生的电场对微图案的特征会产生重要影响，通过实验研究电压的变化对直写微图案宽度的影响规律。实验所采用的直写溶液为质量分数３％的ＰＥＯ溶液。在外加工作电压的作用下，ＰＥＯ溶液可电离出离子，离子在外加电场的作用下，向下拉出“丝”状射流，沉积在光泽相纸的柔性绝缘基板上，基板固定在移动平台上，在直写过程中运动平台同时进行移动，从而在基板上形成预期的微图案。实验条件１：注射泵流量为１６６ｎＬ／ｍｉｎ，直写高度为０．５ｍｍ，当移动平台静止时，施加不同的工作电压，喷嘴处射流形态的变化如图３所示。在不施加外加电场时，液体受到注射泵的驱动力和重力的作用，在驱动力和溶液自身重力的作用下产生了较大的液滴（图３（ａ）），在这种情况下液滴会一滴一滴地沉积在光泽相纸的柔性绝缘基板上，由于液滴不连续，无法保证沉积图案的连续性和均匀性。在工作电压Ｕ＝６００Ｖ时，喷嘴顶端产生的液面形状如图３（ｂ）所?
写微图案宽度的影响规律。实验所采用的直写溶液为质量分数３％的ＰＥＯ溶液。在外加工作电压的作用下，ＰＥＯ溶液可电离出离子，离子在外加电场的作用下，向下拉出“丝”状射流，沉积在光泽相纸的柔性绝缘基板上，基板固定在移动平台上，在直写过程中运动平台同时进行移动，从而在基板上形成预期的微图案。实验条件１：注射泵流量为１６６ｎＬ／ｍｉｎ，直写高度为０．５ｍｍ，当移动平台静止时，施加不同的工作电压，喷嘴处射流形态的变化如图３所示。在不施加外加电场时，液体受到注射泵的驱动力和重力的作用，在驱动力和溶液自身重力的作用下产生了较大的液滴（图３（ａ）），在这种情况下液滴会一滴一滴地沉积在光泽相纸的柔性绝缘基板上，由于液滴不连续，无法保证沉积图案的连续性和均匀性。在工作电压Ｕ＝６００Ｖ时，喷嘴顶端产生的液面形状如图３（ｂ）所示，喷嘴处溶液开始积聚并产生弯曲液面，随着工作电压的逐步增加，弯曲液面处电荷密度逐步增大，喷嘴处形成稳定的泰勒锥。随着电压的继续增加，当工作电压Ｕ＝１１００Ｖ时，电场力大于喷嘴处溶液表面张力，在泰勒锥顶端将会产生稳定的射流，如图３（ｃ）所示。当施加的工作电压过大，工作电压Ｕ＝３０００Ｖ时，在泰勒锥顶端会产生多股射流（图３（ｄ）），多股射流将在柔性绝缘基底上沉积不确定的微图案，并且影响微图案的宽度及其均匀性，不利于电流体动力学近场直写设备直写微图案。（c）U=1100V（d）U=3000V（a）U=0V（b）U=600V图
【参考文献】：
期刊论文
[1]电流体动力学近场直写射流成形的数值模拟[J]. 戴姚波,张礼兵,黄风立,左春柽,吴婷. 包装工程. 2017(05)
[2]柔性电子喷印制造:材料、工艺和设备[J]. 尹周平,黄永安,布宁斌,王小梅,熊有伦. 科学通报. 2010(25)
本文编号：3525868
【文章来源】：微纳电子技术. 2019,56(01)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１电流体动力学近场直写实验设备原理图Ｆｉｇ．１ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅＥＮＤＷｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐX鄄Y轴
李鹏等：电流体动力学近场直写工艺参数对微图案的影响X鄄Y轴控制系统CCD相机喷嘴基底LEDZ轴注射泵高压直流电源图１电流体动力学近场直写实验设备原理图Ｆｉｇ．１ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅＥＮＤＷｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐ图２自主研制的电流体动力学近场直写实验设备Ｆｉｇ．２ＳｅｌｆｄｅｖｅｌｏｐｅｄＥＮＤＷｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐ２结果与讨论２．１工作电压对微图案宽度的影响在进行电流体动力学近场直写过程中，由于直写高度较小，高压电源所施加的工作电压产生的电场对微图案的特征会产生重要影响，通过实验研究电压的变化对直写微图案宽度的影响规律。实验所采用的直写溶液为质量分数３％的ＰＥＯ溶液。在外加工作电压的作用下，ＰＥＯ溶液可电离出离子，离子在外加电场的作用下，向下拉出“丝”状射流，沉积在光泽相纸的柔性绝缘基板上，基板固定在移动平台上，在直写过程中运动平台同时进行移动，从而在基板上形成预期的微图案。实验条件１：注射泵流量为１６６ｎＬ／ｍｉｎ，直写高度为０．５ｍｍ，当移动平台静止时，施加不同的工作电压，喷嘴处射流形态的变化如图３所示。在不施加外加电场时，液体受到注射泵的驱动力和重力的作用，在驱动力和溶液自身重力的作用下产生了较大的液滴（图３（ａ）），在这种情况下液滴会一滴一滴地沉积在光泽相纸的柔性绝缘基板上，由于液滴不连续，无法保证沉积图案的连续性和均匀性。在工作电压Ｕ＝６００Ｖ时，喷嘴顶端产生的液面形状如图３（ｂ）所?
写微图案宽度的影响规律。实验所采用的直写溶液为质量分数３％的ＰＥＯ溶液。在外加工作电压的作用下，ＰＥＯ溶液可电离出离子，离子在外加电场的作用下，向下拉出“丝”状射流，沉积在光泽相纸的柔性绝缘基板上，基板固定在移动平台上，在直写过程中运动平台同时进行移动，从而在基板上形成预期的微图案。实验条件１：注射泵流量为１６６ｎＬ／ｍｉｎ，直写高度为０．５ｍｍ，当移动平台静止时，施加不同的工作电压，喷嘴处射流形态的变化如图３所示。在不施加外加电场时，液体受到注射泵的驱动力和重力的作用，在驱动力和溶液自身重力的作用下产生了较大的液滴（图３（ａ）），在这种情况下液滴会一滴一滴地沉积在光泽相纸的柔性绝缘基板上，由于液滴不连续，无法保证沉积图案的连续性和均匀性。在工作电压Ｕ＝６００Ｖ时，喷嘴顶端产生的液面形状如图３（ｂ）所示，喷嘴处溶液开始积聚并产生弯曲液面，随着工作电压的逐步增加，弯曲液面处电荷密度逐步增大，喷嘴处形成稳定的泰勒锥。随着电压的继续增加，当工作电压Ｕ＝１１００Ｖ时，电场力大于喷嘴处溶液表面张力，在泰勒锥顶端将会产生稳定的射流，如图３（ｃ）所示。当施加的工作电压过大，工作电压Ｕ＝３０００Ｖ时，在泰勒锥顶端会产生多股射流（图３（ｄ）），多股射流将在柔性绝缘基底上沉积不确定的微图案，并且影响微图案的宽度及其均匀性，不利于电流体动力学近场直写设备直写微图案。（c）U=1100V（d）U=3000V（a）U=0V（b）U=600V图
【参考文献】：
期刊论文
[1]电流体动力学近场直写射流成形的数值模拟[J]. 戴姚波,张礼兵,黄风立,左春柽,吴婷. 包装工程. 2017(05)
[2]柔性电子喷印制造:材料、工艺和设备[J]. 尹周平,黄永安,布宁斌,王小梅,熊有伦. 科学通报. 2010(25)
本文编号：3525868
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