一種多工位協(xié)同的柔性電子制備系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于柔性器件制造領(lǐng)域，更具體地，涉及一種多工位協(xié)同的柔性電子制備系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柔性電子(Flexible Electronics)是一種技術(shù)的通稱，又稱為塑料電子、印刷電子、有機(jī)電子等。柔性電子可概括為是將有機(jī)或無機(jī)材料電子器件制作在柔性、可延性塑料或薄金屬基板上的新興電子技術(shù)，以其獨(dú)特的柔性延展性以及高效、低成本制造工藝，在信息、能源、醫(yī)療、國防等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，如柔性電子顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管0LED、印刷RFID、薄膜太陽能電池板、電子用表面粘貼(Skin Patches)等。
[0003]與傳統(tǒng)IC技術(shù)一樣，制造工藝和裝備也是柔性電子技術(shù)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。柔性電子制造技術(shù)水平指標(biāo)包括芯片特征尺寸和基板面積大小，其關(guān)鍵是如何在更大幅面的基板上以更低的成本制造出特征尺寸更小的柔性電子器件。近年來，柔性電子器件以及可穿戴設(shè)備發(fā)展迅猛，導(dǎo)致柔性電子的需求在不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的制備方法已經(jīng)很難滿足與日倶增的需求，因此尋求一種高效的柔性電子制備系統(tǒng)來擴(kuò)大生產(chǎn)力成為了當(dāng)前熱門的研究點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種多工位協(xié)同的柔性電子制備系統(tǒng)及方法，其采用全自動(dòng)生產(chǎn)方式，并利用先進(jìn)的電噴霧、電紡絲、3D打印增材制造和激光剝離等工藝與旋轉(zhuǎn)工位轉(zhuǎn)換的方法相結(jié)合，極大地提高了生產(chǎn)效率，整套系統(tǒng)可以反復(fù)循環(huán)，生廣效率尚、成本低，且具有$父尚的精度。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種多工位協(xié)同的柔性電子制備系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)盤模塊、上下基板模塊、基底電噴霧模塊、3D打印底層絕緣層模塊、電紡絲模塊、3D打印頂層絕緣層模塊、激光剝離模塊和取料模塊，其中:
[0006]所述旋轉(zhuǎn)盤模塊包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)盤和若干個(gè)分布在旋轉(zhuǎn)盤圓周上的夾具，所述夾具用于固定基板，所述旋轉(zhuǎn)盤用于進(jìn)行工位轉(zhuǎn)換；
[0007]所述上下基板模塊、基底電噴霧模塊、3D打印底層絕緣層模塊、電紡絲模塊、3D打印頂層絕緣層模塊、激光剝離模塊和取料模塊依次分布在旋轉(zhuǎn)盤模塊的周圍；所述上下基板模塊用于拾取基板并安放至夾具上，以及用于從夾具上取回基板放入廢料箱中；所述基底電噴霧模塊用于在基板上電噴霧出一層帶有黏性的基底;所述3D打印底層絕緣層模塊用于在基底上打印出底層的絕緣層;所述電紡絲模塊用于在底層絕緣層上紡制出電路;所述3D打印頂層絕緣層模塊用于在電路上打印出頂層的絕緣層;所述激光剝離模塊用于將基底電噴霧模塊噴印出的基底燒蝕，使得基板與柔性電子自動(dòng)分離;所述取料模塊用于將被分離的柔性電子從基板上取下。
[0008]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述3D打印底層絕緣層模塊和電紡絲模塊組成一套打印電紡絲模塊，所述打印電紡絲模塊為一套或多套，均能實(shí)現(xiàn)單層或多層柔性電子制備；當(dāng)布置一套時(shí)，若要制備多層柔性電子，需使旋轉(zhuǎn)盤在制備過程中不時(shí)反轉(zhuǎn)，當(dāng)布置多套時(shí)則不需要反轉(zhuǎn)，柔性電子層與層之間通過電紡絲紡出的電極相連通。
[0009]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述上下基板模塊包括機(jī)械臂、料箱和廢料箱，所述機(jī)械臂用于拾取和轉(zhuǎn)移基板，其具有三個(gè)自由度，所述料箱和廢料箱分別用于存放使用前和使用后的基板。
[0010]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述基底電噴霧模塊包括電噴霧運(yùn)動(dòng)單元和安裝在其上的噴霧噴嘴，所述噴霧噴嘴在電噴霧運(yùn)動(dòng)單元的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)XYZ方向的移動(dòng)，其連接有噴霧溶液容器，該噴霧溶液容器用于提供制備基底結(jié)構(gòu)的材料溶液，所述噴霧噴嘴與夾具之間設(shè)有噴霧高壓發(fā)生器，用于在噴霧噴嘴和夾具之間形成高壓電場;所述電噴霧運(yùn)動(dòng)單元上還設(shè)有用于視覺定位的電噴霧下視相機(jī)。
[0011]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述3D打印底層絕緣層模塊包括底層運(yùn)動(dòng)單元和底層打印頭，所述底層打印頭安裝在底層運(yùn)動(dòng)單元上，其在底層運(yùn)動(dòng)單元的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)XYZ方向的移動(dòng);所述底層運(yùn)動(dòng)單元上安裝有底層下視相機(jī)，該底層下視相機(jī)用于視覺定位。
[0012]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述電紡絲模塊包括電紡絲運(yùn)動(dòng)單元和安裝在其上的紡絲噴嘴，所述紡絲噴嘴在電紡絲運(yùn)動(dòng)單元帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)XYZ方向的移動(dòng)，其與紡絲溶液容器相連，該紡絲溶液容器用于提供制備電路的材料溶液，所述紡絲噴嘴與夾具之間設(shè)置有紡絲高壓發(fā)生器;所述電紡絲運(yùn)動(dòng)單元上還設(shè)有用于視覺定位的紡絲下視相機(jī)。
[0013]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述3D打印頂層絕緣層模塊包括頂層運(yùn)動(dòng)單元和頂層打印頭，所述頂層打印頭安裝在頂層運(yùn)動(dòng)單元上，其在頂層運(yùn)動(dòng)單元的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)XYZ方向的移動(dòng);所述頂層運(yùn)動(dòng)單元上安裝有頂層下視相機(jī)，該頂層下視相機(jī)用于視覺定位。
[0014]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述激光剝離模塊包括剝離運(yùn)動(dòng)單元和激光器，所述激光器安裝在剝離運(yùn)動(dòng)單元上，并在剝離運(yùn)動(dòng)單元的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)XYZ方向移動(dòng)，其用于產(chǎn)生激光將基底燒蝕，使得基板與柔性電子自動(dòng)分離;所述剝離運(yùn)動(dòng)單元上安裝有剝離下視相機(jī)和光電距離傳感器，該剝離下視相機(jī)用于視覺定位，光電距離傳感器用于檢測基板與柔性電子是否完全分離。
[0015]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述取料模塊包括取料運(yùn)動(dòng)單元和旋轉(zhuǎn)拾取頭，所述旋轉(zhuǎn)拾取頭安裝在取料運(yùn)動(dòng)單元上，其在取料運(yùn)動(dòng)單元的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)XYZ方向的移動(dòng)，所述旋轉(zhuǎn)拾取頭腔體的圓弧外表面上設(shè)有真空吸附孔;所述取料運(yùn)動(dòng)單元上還設(shè)有用于視覺定位的取料下視相機(jī)。
[0016]按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種多工位協(xié)同的柔性電子制備方法，該方法包括以下步驟:
[0017]I)利用上下基板模塊將基板拾取并安放于旋轉(zhuǎn)盤的夾具上；
[0018]2)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度使夾具到達(dá)基底電噴霧模塊，該模塊在基板上電噴霧出一層基底；
[0019]3)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度使夾具到達(dá)3D打印底層絕緣層模塊，該模塊在基底上打印出底層的絕緣層；
[0020]4)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度使夾具到達(dá)電紡絲模塊，該模塊在絕緣層上紡出需要的電路；
[0021]5)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度使夾具到達(dá)3D打印頂層絕緣層模塊，該模塊在電路層上打印出頂層絕緣層；
[0022]6)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度使夾具到達(dá)激光剝離模塊，該模塊將基底電噴霧模塊電噴霧出的基底燒蝕，使得基板與制備出的柔性電子自動(dòng)分離；
[0023]7)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度使夾具到達(dá)取料模塊，該模塊將被分離的柔性電子從基板上取下并放入料倉；
[0024]8)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度使夾具回到上下基板模塊，該模塊將使用過得基板取下放入廢料倉。
[0025]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn):
[0026]1.本發(fā)明的基板放置在一個(gè)旋轉(zhuǎn)盤的夾具上，轉(zhuǎn)盤每次轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度到達(dá)一個(gè)工位，停留一段時(shí)間，待所有模塊工作完成，則繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，進(jìn)入下一個(gè)工位，如此往復(fù)循環(huán)，極大地提高了生產(chǎn)效率。
[0027]2.本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)盤模塊的轉(zhuǎn)盤不僅可以繞單一方向旋轉(zhuǎn)切換工位