АННОТАЦИЯ 2
Введение 5
1. Обзор современного состояния различных технологий печати 7
1.1. Печатная электроника 7
1.1.1. Контактные методы печати 11
1.1.2. Бесконтактные методы печати 14
1.2. Струйная печать 18
1.2.1. Образование и взаимодействие капель для струйной печати 19
1.2.2. Непрерывная печать 22
1.2.3. DOD (Подача по требованию) 23
1.3. 3D печать. FDM (fused deposition modeling) 25
2. Основные сведения о материалах, используемых для печати электронных
устройств 27
2.1. Материалы подложек 27
2.1.1. Полиэтилентерефталат 28
2.1.2. Нафталат полиэтилена 29
2.1.3. Каптон 30
2.1.4. Поливинилиденфторид 30
2.2. Проводящие и полупроводящие чернила 32
2.2.1. Чернила на основе полиацетилена 33
2.2.2. Чернила на основе полипиррола 35
2.2.3. Чернила на основе PEDOT:PSS 36
2.2.4. Чернила на основе графена 37
3. Разработка печатного устройства 39
3.1. 2D принтеры, как основа печатного устройства 39
3.2 . Моделирование прототипа печатного станка 40
3.3. Требования к станку 42
4. Основные элементы прототипа устройства для печати 43
4.1. Рама прототипа станка 43
4.2. Шаговые двигатели 44
4.3. Программное обеспечение станка 45
4.3.1. G-Код 46
4.3.2. Драйвер шаговых двигателей EasyDriver 48
5. Сборка прототипа станка. Характеристики 51
Заключение 56
Библиографический список 57
Печатные технологии развивались многие столетия, однако их применение при производстве электроники началось совсем недавно. Причиной такого позднего расцвета печатной электроники послужило сравнительно недавнее открытие полимеров, проводимость которых сравнима с проводимостью металлов. Это открытие в 1977 году совершили химики Алан Хигер, Алан Мак- Диармид и Хидэки Сиракава, они показали, что модифицированный галогенами полиацетилен может проводить электрический ток почти как металл.
Несмотря на то, что эта технология появилась не так давно, она уже довольно широко применяется в производстве привычных электронных устройств: OLED- дисплеев, солнечных батарей и RFID-меток. Тем не менее, по-прежнему эта технология остается неуниверсальной, хотя и имеет огромный потенциал, так как стоимость оборудования и производства печатной электроники гораздо ниже, чем кремниевой.
Интерес к данной теме отражается напрямую количеством опубликованных отечественных и зарубежных статей, монографий и даже регулярных изданий посвященных печатной электронике. Проблемой теоретической базы исследования печатной электроники является узкая специальная направленность отдельных исследований.
Актуальность нашей выпускной квалификационной работы заключается в том, что она аккумулирует современные научные изыскания по данной теме, объединяя труды различных авторов, главным образом зарубежных. Уровень развития современной отечественной электроники не может конкурировать с зарубежными гигантами, в России на данный момент нет массового производства высокотехнологичной электроники. Смена вектора развития от кремниевой к печатной электронике позволит сделать масштабный прорыв в области производства электроники.
Объектом исследования был выбран аддитивный процесс нанесения материала на поверхность.
Предметом данного исследования является печать как метод производства
электроники.
Целью нашей работы является создание прототипа устройства, способного наносить материалы органической электроники на поверхность подложки.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Ознакомиться с основными типами печати
2) Рассмотреть различные материалы, используемые в печати.
3) Проанализировать принцип работы доступных для исследования устройств печати.
4) Разработать простой механизм, схожий по принципу работы со струйным принтером.
Теоретической базой исследования послужили труды зарубежных и отечественных исследователей в области химии и электроники: L. Basiric'o, H. Al- Chami, T. Hasegava, U. Fugmann, A. Maaninen, W. Ohnesorge, И.В. Антонова, А. В. Глушкова, Т.В. Верницкая, О.Н. Ефимов, К.С. Новоселов.
В ходе работы были достигнуты следующие результаты:
1) Изучены основные технологии печати органической электроники (контактные и бесконтактные), их технические особенности, области применения, характеристики и доступность. Описан механизм формирования капли при струйной печати. Проанализированы используемые на сегодняшний день материалы подложек и чернил. Дана краткая характеристика каждого материала, выделены их преимущества и недостатки, описана их структура, химические и физические свойства и возможные области применения в технологии печатной электроники.
2) Была проведена работа по изучению устройств и пригодности к печати электроники струйных принтеров различных типов печати - пьезоэлектрической и термической DOD. Выявлены основные недостатки таких принтеров и способы их устранения. Разработана и смоделирована трехмерная модель станка с ЧПУ, способного наносить жидкие чернила на подложку, сформулированы основные требования к станку, в том числе требования по БДЖ при работе со станком.
3) Разработан и собран станок с ЧПУ, показана потенциальная возможность его использования в качестве устройства печати органической электроники. Написана программа управления станком на языке программирования G- code, использующегося в станках. Протестирована его работа с помощью указанного кода.
Несмотря на то, что предложенное устройство требует доработки, разработанный в ходе исследования станок способен выполнять различные задачи печати, благодаря своей универсальности и возможности модификации, в том числе изменения способа подачи чернил.
