一種多工位協同的柔性電子制備系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于柔性器件制造領域，更具體地，涉及一種多工位協同的柔性電子制備系統及方法。
【背景技術】
[0002]柔性電子(Flexible Electronics)是一種技術的通稱，又稱為塑料電子、印刷電子、有機電子等。柔性電子可概括為是將有機或無機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，以其獨特的柔性延展性以及高效、低成本制造工藝，在信息、能源、醫療、國防等領域具有廣泛應用前景，如柔性電子顯示器、有機發光二極管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IC技術一樣，制造工藝和裝備也是柔性電子技術發展的主要驅動力。柔性電子制造技術水平指標包括芯片特征尺寸和基板面積大小，其關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備發展迅猛，導致柔性電子的需求在不斷擴大，傳統的制備方法已經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來擴大生產力成為了當前熱門的研究點。

【發明內容】

[0004]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種多工位協同的柔性電子制備系統及方法，其采用全自動生產方式，并利用先進的電噴霧、電紡絲、3D打印增材制造和激光剝離等工藝與旋轉工位轉換的方法相結合，極大地提高了生產效率，整套系統可以反復循環，生廣效率尚、成本低，且具有$父尚的精度。
[0005]為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種多工位協同的柔性電子制備系統，該系統包括旋轉盤模塊、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]所述旋轉盤模塊包括一個旋轉盤和若干個分布在旋轉盤圓周上的夾具，所述夾具用于固定基板，所述旋轉盤用于進行工位轉換；
[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]作為進一步優選的，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，均能實現單層或多層柔性電子制備；當布置一套時，若要制備多層柔性電子，需使旋轉盤在制備過程中不時反轉，當布置多套時則不需要反轉，柔性電子層與層之間通過電紡絲紡出的電極相連通。
[0009]作為進一步優選的，所述上下基板模塊包括機械臂、料箱和廢料箱，所述機械臂用于拾取和轉移基板，其具有三個自由度，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]作為進一步優選的，所述基底電噴霧模塊包括電噴霧運動單元和安裝在其上的噴霧噴嘴，所述噴霧噴嘴在電噴霧運動單元的帶動下實現XYZ方向的移動，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構的材料溶液，所述噴霧噴嘴與夾具之間設有噴霧高壓發生器，用于在噴霧噴嘴和夾具之間形成高壓電場;所述電噴霧運動單元上還設有用于視覺定位的電噴霧下視相機。
[0011]作為進一步優選的，所述3D打印底層絕緣層模塊包括底層運動單元和底層打印頭，所述底層打印頭安裝在底層運動單元上，其在底層運動單元的帶動下實現XYZ方向的移動;所述底層運動單元上安裝有底層下視相機，該底層下視相機用于視覺定位。
[0012]作為進一步優選的，所述電紡絲模塊包括電紡絲運動單元和安裝在其上的紡絲噴嘴，所述紡絲噴嘴在電紡絲運動單元帶動下實現XYZ方向的移動，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置有紡絲高壓發生器;所述電紡絲運動單元上還設有用于視覺定位的紡絲下視相機。
[0013]作為進一步優選的，所述3D打印頂層絕緣層模塊包括頂層運動單元和頂層打印頭，所述頂層打印頭安裝在頂層運動單元上，其在頂層運動單元的帶動下實現XYZ方向的移動;所述頂層運動單元上安裝有頂層下視相機，該頂層下視相機用于視覺定位。
[0014]作為進一步優選的，所述激光剝離模塊包括剝離運動單元和激光器，所述激光器安裝在剝離運動單元上，并在剝離運動單元的帶動下實現XYZ方向移動，其用于產生激光將基底燒蝕，使得基板與柔性電子自動分離;所述剝離運動單元上安裝有剝離下視相機和光電距離傳感器，該剝離下視相機用于視覺定位，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]作為進一步優選的，所述取料模塊包括取料運動單元和旋轉拾取頭，所述旋轉拾取頭安裝在取料運動單元上，其在取料運動單元的帶動下實現XYZ方向的移動，所述旋轉拾取頭腔體的圓弧外表面上設有真空吸附孔;所述取料運動單元上還設有用于視覺定位的取料下視相機。
[0016]按照本發明的另一方面，提供了一種多工位協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盤的夾具上；
[0018]2)旋轉盤轉動一定的角度使夾具到達基底電噴霧模塊，該模塊在基板上電噴霧出一層基底；
[0019]3)旋轉盤轉動一定的角度使夾具到達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)旋轉盤轉動一定的角度使夾具到達電紡絲模塊，該模塊在絕緣層上紡出需要的電路；
[0021]5)旋轉盤轉動一定的角度使夾具到達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)旋轉盤轉動一定的角度使夾具到達激光剝離模塊，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分離；
[0023]7)旋轉盤轉動一定的角度使夾具到達取料模塊，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)旋轉盤轉動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，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優點:
[0026]1.本發明的基板放置在一個旋轉盤的夾具上，轉盤每次轉動一定的角度到達一個工位，停留一段時間，待所有模塊工作完成，則繼續轉動一定的角度，進入下一個工位，如此往復循環，極大地提高了生產效率。
[0027]2.本發明的旋轉盤模塊的轉盤不僅可以繞單一方向旋轉切換工位