柔性电子喷印制造: 材料、工艺和设备

喷印技术直接将功能材料沉积到基板上形成图案, 有望成为高性能柔性电子的主流制造工艺之一. 目前, 喷印技术面临材料、工艺和设备等诸多挑战. 本文讨论了无机、有机以及纳米复合喷印材料的电学性能, 分析了打印性能与黏度、表面张力、蒸发率等关系. 压电、热泡等传统喷印可实现微米级分辨率图案化, 而电喷涂、电纺丝、电喷印等电流体动力喷印可实现纳米级分辨率图案化, 如何通过多场调控提高其喷印过程操控性至为关键. 讨论了电流体动力喷印设备实现关键技术, 包括液滴操控、喷嘴设计、卷到卷输送等. 最后展望了柔性电子喷印制造需研究并解决的关键科学技术问题.     

一种改进的螺旋边三角剖分算法

提出了一种改进的螺旋边三角剖分算法.本算法引用“自然邻近点集”的概念,以螺旋边三角剖分算法的边界环为基础向外生长三角形,以包围盒算法搜索边界点的邻近点集,估计边界点的法向量,将边界点及其邻近点集投影到切平面上并进行局部二维Delaunay三角剖分,从而确定边界点的自然邻近点集,最后将自然邻近点集以适当的方式添加到边界环上.这样,既避免了拼接问题又能搜索到自然邻近点集,三角剖分后的网格基本上接近最优Delaunay网格.实验结果表明,本算法能高效、稳定地重构出散乱数据点的三角网格.     

高密度倒装键合中多物理量协同控制机制与实现

针对超薄高密度芯片倒装键合,我们在超薄芯片的表面作用机理与高效剥离、基于飞行视觉的多自由度高精对准与高效贴片、键合界面接触电阻的建模计算及精确控制等方面取得重要进展。主要创新工作包括：（1）揭示了微薄芯片拾取过程中剥离与碎裂的竞争行为及其影响机理,发明了基于串并联混合机构的四自由度贴片装置及其力/位控制方法,实现了超薄芯片的无损拾取和多自由度高效高精贴片;（2）发明了基于多反射镜的飞行视觉定位装置,提出了多自由度调平、图像质量改善与超分辨率重建等图像处理方法,实现了高精快速定位;（3）揭示了超薄芯片倒装键合界面形成机理,发现了导电胶倒装键合中接触电阻“弯曲效应”,提出了键合压力、温度、基板张力等协同控制方法及装置;（4）研制了基于各向异性导电胶倒装热压焊工艺的高密度芯片倒装键合原型机,实现了最大芯片尺寸5 mm×5 mm、芯片间距15μm的高密度芯片封装。     

柔性电子卷到卷制造收卷内应力研究综述

卷到卷制造是通过柔性基板成卷连续加工的制造技术,充分利用了柔性电子可变形特性,是实现柔性电子大面积、规模化制造的最有效技术途径之一.收卷单元是卷到卷连续制造系统的必要组成,其内应力控制是影响柔性电子成品质量与生产效率的关键因素.本文详细介绍了柔性基板卷绕收卷内应力研究概况,重点综述了基于叠加原理的弹性力学方法、开尔文模型的拉普拉斯变换方法、松弛半径概念的离散建模方法和有限元方法等建立的收卷内应力研究模型;讨论了收卷速度造成的惯性力变化、基板厚度不均及弹性变形、环境温度与卷绕基板各层间卷入空气夹层、以及收卷单元压辊与气胀轴结构因素对收卷内应力的影响;分析了常用锥张力、恒张力等收卷内应力控制方法,并介绍了柔性RFID标签、燃料电池膜电极和柔性OLED等代表性柔性电子卷到卷制造系统中收卷内应力控制工程应用;最后提出了柔性电子卷到卷制造系统中收卷内应力进一步研究的关键问题:非均匀非等厚基板引起周向应力分布变化和层间接触不连续,并展望了收卷内应力研究方向.     

静电纺丝制备微纳纤维的形貌表征与影响机理分析

静电纺丝作为一种广泛采用的纳米纤维制备技术,影响其纤维形貌的主要因素包括材料参数、工艺参数和环境因素等.采用聚氧化乙烯(PEO)溶液,通过研究溶液属性(分子量、质量分数、电导率)和工艺参数(工艺电压、电极间距、喷嘴内径等)对纤维形貌的影响,得出相关参数对纤维直径和形貌的作用规律.研究结果表明:当PEO质量分数由4%到8%时,图案形貌经历了球状颗粒-珠丝共存-纤维的演变过程;分子量由40万到60万时,纤维由珠丝结构变成均匀光滑的丝,进一步增大分子量,纤维开始变得粗细不均并出现锯齿结构;当电导率由151到355 s/cm时,纤维直径变粗5倍;工艺电压(25~30 kV)增加,纤维直径先增加后减小,梭形颗粒先增多后减少;电极间距(15~25 cm)的增加使PEO纤维的直径减小,梭形颗粒先增加后减少;喷嘴内径由160 m增大到600 m时,纤维先是变得均匀光滑,后出现黏并结构.这些研究结果能够更好地指导静电纺丝技术在生物医用、纳米装置及纳米制造等领域的应用.     

基于可视锥的可接近性分析方法及其应用

可接近性是一种重要的产品特征, 可接近性分析已成为解决不同制造过程中所出现的计算制造问题的有力工具. 讨论了可达性、可接近性和可视性等概念之间的关系, 提出了一种基于可视锥的可接近性分析一般方法. 在点的可视锥基础上, 定义了完全可视锥、部分可视锥和局部可视锥等几类特征可视锥, 并给出了一个基于C-空间的可视锥计算方法. 最后探讨了如何应用可视锥实现数控加工、CMM测量和装配顺序规划等制造过程中的可接近性分析.     

基于3D活动轮廓模型的缺陷点云分割方法

提出一种基于3D活动轮廓模型的缺陷点云自动分割方法,通过扩展数学形态学方法构造符号距离函数估算点云的平均曲率,并应用中值滤波方法去除点云噪声对曲率估算精度的影响,避免了点云的一致性法矢估算和三角网格重构,在保证点云分割精度的同时有效提高了计算效率.应用结果表明本文方法能够有效处理点云缺陷并实现大规模散乱点云的快速分割.