基于微笔和微喷的激光的直写厚膜电阻技术的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1前言随着电子制造向集成化、小型化、短时效、小批量、多品种以及三维制造的方向发展，要求导线宽度和间距要小，并能够实现多层布线。传统的制造工艺，如丝网印刷和低分辨率平版印刷技术难以满足高精度、小批量快速制造的要求，具体表现在一下几个方面：制造工艺复杂、工序多，在高精度、高密度电路的制造中引入较多的误差，降低成品率；最小线宽和线间距受到限制；腐蚀等工艺中去除较多的电子材料造成贵金属材料的浪费，所使用的一些化学溶液对环境安全造成威胁。特别是研制周期长，不易修改，对小批量产品成本太高，难以保证在一些特殊的应用领域要求。基于快速成形原理的直写技

2、术，指能够在任意表面依照计算机程序预设形状或图层沉积、分配或处理（包括去除）不同类型材料的技术和工艺。和传统的基板制造技术相比，直写技术有如下优点：ⅰ）无需掩膜（或丝网），易于修改，研制周期短，特别是为制造原型电路和小批量的电路基板提供极快的周转；ⅱ）材料选择范围广，直写的材料可以是Cu、Ag、Pd、Ni等金属或合金，基板材料包括金属、陶瓷、聚合物和半导体等；ⅲ）由CAD/CAM精确控制，可以用在曲面或大面积基板的电子制造，以及进行多层电路的制造；ⅳ）材料利用率非常高，极大地减小了对环境的污染，同时也降低了购买材料的成本；ⅴ）可以进行不同直写技术的复合，特别是和激光直

3、写技术的复合。正是直写技术具有无需掩膜、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，得到了有关工程技术人员[1]的重视，并开始在制备电子元器件、传感器以及多层电路等领域中得到了广泛的应用。1华中科技大学硕士学位论文1.2直写技术的国内外发展现状及前景基于快速成型原理的直写技术由于无需掩膜、周期短、材料利用率高、对环境污染小以及适用于三维制作等优点，倍受研究者的青睐，获得了快速的发展。直写技术从原理上讲可以分为加成法和减成法，加成法可以根据需要在基板表面选区沉积不同成分的膜层，柔性化程度高，节约原材料。减成法主要是激光刻蚀

4、直写技术，对于加成法，根据直写时作用方式的不同，可以把加成法直写技术分为三大类：喷[2,3]射沉积直写技术、微流动沉积直写技术和激光直写技术，具体而言，喷射沉积直写技术有喷墨式沉积直写、无掩膜中规模材料沉积直写、等离子体热喷射直写、低温气体动力直写技术，微流动沉积直写技术有微笔直写、n-Scrypt直写和Dip-PenNanolithography直写，激光直写技术有激光化学气相沉积、激光诱导化学液相沉积、激光薄膜转移法等。前两类方法可以结合激光在特殊的条件下进行直写，如无掩膜中规模材料沉积直写、低温气体动力直写，根据需要复合激光直写来提高精度。1.2.1喷射沉积直写

5、技术（1）喷墨沉积（ink-jetdeposition）直写喷墨沉积（ink-jetdeposition）直写是最普通的直写制造方法，它是在成熟的喷墨打印(ink-jetprinting)技术的基础上发展而来的，所以研究多、较成熟。喷墨沉积直写多以可控制式（drop-on-demand，DOD）喷墨打印喷嘴在基板上以微滴[4]（drop-by-drop）的形式直接印刷电子图案。对喷墨沉积直写来说，最重要的是喷墨的方式即如何喷墨的问题，现在常用的可控制式喷墨有两种方式，其一是微压电式（Piezoelectric，PZT）喷墨，利用压电片产生机械震动，当震动以声波形式传播

6、到喷嘴尖端时，声波的正压使喷嘴尖端的液体加速，并在惯性作用下，克服表面张力脱离液体，形成液滴射出，随后声波的负压在喷嘴中形成局部真空，从进液系统中吸入液体充满喷嘴，准备下次喷射；其二是热气泡式（Thermal）喷墨，它主要利用电晶体加热，在百万分之3秒到百万分之5秒内瞬间加热到达400℃，墨水变成气泡，气泡受到挤压而喷出成墨滴，与其接触的液体迅速气化形成很小的气泡，膨胀的气泡挤压喷嘴中的液体使其以液滴的形式射出，然后在电热元件降温和喷嘴毛细管虹吸的共同作用下，喷嘴从进液系统吸入液体补充射出的液体，为下一次喷射做准备。微压电式主要有Epson在研发，热气泡式有Canno

7、和HP在研发。在直写技术里，应用较多的是微压电式喷墨，因为它较简单，更适于喷射电子浆料。2004年11月日本精工爱普生成功地利用其独特的2华中科技大学硕士学位论文压电式喷墨技术在基板上交替“绘图”并形成多层线路板的方式，开发出世界第一[5]块超薄20层电路板，精工爱普生还用自行开发的“喷墨式”成膜技术开发出40英寸的全彩有机电激发光显示器，在同类产品中是世界最大的。2002年，J.B.Szczech等[6]人采用压电型可控制式自制喷嘴进行直写，材料为纳米粒子悬浮液，其粘度为1-10－3×10Pa.S，所写出的细导线单层厚度在1-3µm，线宽较宽在12