一种多工位协同的柔性电子制备系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于柔性器件制造领域，更具体地，涉及一种多工位协同的柔性电子制备系统及方法。
【背景技术】
[0002]柔性电子(Flexible Electronics)是一种技术的通称，又称为塑料电子、印刷电子、有机电子等。柔性电子可概括为是将有机或无机材料电子器件制作在柔性、可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子技术，以其独特的柔性延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景，如柔性电子显示器、有机发光二极管0LED、印刷RFID、薄膜太阳能电池板、电子用表面粘贴(Skin Patches)等。
[0003]与传统IC技术一样，制造工艺和装备也是柔性电子技术发展的主要驱动力。柔性电子制造技术水平指标包括芯片特征尺寸和基板面积大小，其关键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电子器件。近年来，柔性电子器件以及可穿戴设备发展迅猛，导致柔性电子的需求在不断扩大，传统的制备方法已经很难满足与日倶增的需求，因此寻求一种高效的柔性电子制备系统来扩大生产力成为了当前热门的研究点。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多工位协同的柔性电子制备系统及方法，其采用全自动生产方式，并利用先进的电喷雾、电纺丝、3D打印增材制造和激光剥离等工艺与旋转工位转换的方法相结合，极大地提高了生产效率，整套系统可以反复循环，生广效率尚、成本低，且具有$父尚的精度。
[0005]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种多工位协同的柔性电子制备系统，该系统包括旋转盘模块、上下基板模块、基底电喷雾模块、3D打印底层绝缘层模块、电纺丝模块、3D打印顶层绝缘层模块、激光剥离模块和取料模块，其中:
[0006]所述旋转盘模块包括一个旋转盘和若干个分布在旋转盘圆周上的夹具，所述夹具用于固定基板，所述旋转盘用于进行工位转换；
[0007]所述上下基板模块、基底电喷雾模块、3D打印底层绝缘层模块、电纺丝模块、3D打印顶层绝缘层模块、激光剥离模块和取料模块依次分布在旋转盘模块的周围；所述上下基板模块用于拾取基板并安放至夹具上，以及用于从夹具上取回基板放入废料箱中；所述基底电喷雾模块用于在基板上电喷雾出一层带有黏性的基底;所述3D打印底层绝缘层模块用于在基底上打印出底层的绝缘层;所述电纺丝模块用于在底层绝缘层上纺制出电路;所述3D打印顶层绝缘层模块用于在电路上打印出顶层的绝缘层;所述激光剥离模块用于将基底电喷雾模块喷印出的基底烧蚀，使得基板与柔性电子自动分离;所述取料模块用于将被分离的柔性电子从基板上取下。
[0008]作为进一步优选的，所述3D打印底层绝缘层模块和电纺丝模块组成一套打印电纺丝模块，所述打印电纺丝模块为一套或多套，均能实现单层或多层柔性电子制备；当布置一套时，若要制备多层柔性电子，需使旋转盘在制备过程中不时反转，当布置多套时则不需要反转，柔性电子层与层之间通过电纺丝纺出的电极相连通。
[0009]作为进一步优选的，所述上下基板模块包括机械臂、料箱和废料箱，所述机械臂用于拾取和转移基板，其具有三个自由度，所述料箱和废料箱分别用于存放使用前和使用后的基板。
[0010]作为进一步优选的，所述基底电喷雾模块包括电喷雾运动单元和安装在其上的喷雾喷嘴，所述喷雾喷嘴在电喷雾运动单元的带动下实现XYZ方向的移动，其连接有喷雾溶液容器，该喷雾溶液容器用于提供制备基底结构的材料溶液，所述喷雾喷嘴与夹具之间设有喷雾高压发生器，用于在喷雾喷嘴和夹具之间形成高压电场;所述电喷雾运动单元上还设有用于视觉定位的电喷雾下视相机。
[0011]作为进一步优选的，所述3D打印底层绝缘层模块包括底层运动单元和底层打印头，所述底层打印头安装在底层运动单元上，其在底层运动单元的带动下实现XYZ方向的移动;所述底层运动单元上安装有底层下视相机，该底层下视相机用于视觉定位。
[0012]作为进一步优选的，所述电纺丝模块包括电纺丝运动单元和安装在其上的纺丝喷嘴，所述纺丝喷嘴在电纺丝运动单元带动下实现XYZ方向的移动，其与纺丝溶液容器相连，该纺丝溶液容器用于提供制备电路的材料溶液，所述纺丝喷嘴与夹具之间设置有纺丝高压发生器;所述电纺丝运动单元上还设有用于视觉定位的纺丝下视相机。
[0013]作为进一步优选的，所述3D打印顶层绝缘层模块包括顶层运动单元和顶层打印头，所述顶层打印头安装在顶层运动单元上，其在顶层运动单元的带动下实现XYZ方向的移动;所述顶层运动单元上安装有顶层下视相机，该顶层下视相机用于视觉定位。
[0014]作为进一步优选的，所述激光剥离模块包括剥离运动单元和激光器，所述激光器安装在剥离运动单元上，并在剥离运动单元的带动下实现XYZ方向移动，其用于产生激光将基底烧蚀，使得基板与柔性电子自动分离;所述剥离运动单元上安装有剥离下视相机和光电距离传感器，该剥离下视相机用于视觉定位，光电距离传感器用于检测基板与柔性电子是否完全分离。
[0015]作为进一步优选的，所述取料模块包括取料运动单元和旋转拾取头，所述旋转拾取头安装在取料运动单元上，其在取料运动单元的带动下实现XYZ方向的移动，所述旋转拾取头腔体的圆弧外表面上设有真空吸附孔;所述取料运动单元上还设有用于视觉定位的取料下视相机。
[0016]按照本发明的另一方面，提供了一种多工位协同的柔性电子制备方法，该方法包括以下步骤:
[0017]I)利用上下基板模块将基板拾取并安放于旋转盘的夹具上；
[0018]2)旋转盘转动一定的角度使夹具到达基底电喷雾模块，该模块在基板上电喷雾出一层基底；
[0019]3)旋转盘转动一定的角度使夹具到达3D打印底层绝缘层模块，该模块在基底上打印出底层的绝缘层；
[0020]4)旋转盘转动一定的角度使夹具到达电纺丝模块，该模块在绝缘层上纺出需要的电路；
[0021]5)旋转盘转动一定的角度使夹具到达3D打印顶层绝缘层模块，该模块在电路层上打印出顶层绝缘层；
[0022]6)旋转盘转动一定的角度使夹具到达激光剥离模块，该模块将基底电喷雾模块电喷雾出的基底烧蚀，使得基板与制备出的柔性电子自动分离；
[0023]7)旋转盘转动一定的角度使夹具到达取料模块，该模块将被分离的柔性电子从基板上取下并放入料仓；
[0024]8)旋转盘转动一定的角度使夹具回到上下基板模块，该模块将使用过得基板取下放入废料仓。
[0025]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点:
[0026]1.本发明的基板放置在一个旋转盘的夹具上，转盘每次转动一定的角度到达一个工位，停留一段时间，待所有模块工作完成，则继续转动一定的角度，进入下一个工位，如此往复循环，极大地提高了生产效率。
[0027]2.本发明的旋转盘模块的转盘不仅可以绕单一方向旋转切换工位