企业汇总：国外电子增材制造

导读：在世界经济大变局时机下，电子制造领域作为信息化时代的核心组成部分，要有效保障其供应链产业链的弹性及安全性，同时满足低碳经济及产业发展新要求，这就需要引入新型电子增材制造技术。大力发展电子增材制造技术、布局电子增材制造产业，无论是在短期内应对时局动荡，还是从长远发展考虑、占据电子制造产业价值链主导地位都具有十分重要的意义。目前，已有企业在该领域实现应用落地，但从整个产业发展看，国内整体还处于发展初期，正是开始布局的好时机。南极熊整理了国外的在电子增材制造技术领域发展较好的企业，下面跟随南极熊一起看下去吧。

一、日本：SIJ Technology https://sijtechnology.com/en/

超精密喷墨打印


△可以打印比一粒米还小的世界地图的技术

SIJTechnology 是一家开发和制造喷墨打印机的公司。喷墨打印本并不是什么新鲜事，但随着与现有技术不同的喷墨原理的发明，SIJ Technology将其向前推进了一个巨大的飞跃。该公司的突破性设备能够在亚微米级的各种材料上进行超精密打印，并配备内部摄像头以实现实时观察。打印头准确地喷射出墨滴，其大小仅为传统墨滴的十分之一，体积不到传统墨滴的千分之一。SIJ Technology 甚至通过打印比一粒米还小的世界地图来展示所研发的机器的能力。


△SIJ Technology CEO Kazuhiro Murata, Ph.D.

该公司首席执行官村田和弘博士在日本国立先进工业科学技术研究所研究纳米材料时开发了超精细喷墨技术。他解释说，理想情况下，喷墨技术可以在材料使用方面实现接近 100% 的效率，因为它使用最少的能量只消耗必要数量的材料。Murata 博士指出他的打印机的许多实际应用。最受欢迎的是打印电子产品，其中标准喷墨打印机缺乏足够的精度来创建电子电路。近年来，电子设备的小型化、高性能化趋势不断发展，对金属布线的微细化需求也不断增加。打印机的技术还可以促进生物技术的飞跃进步，包括蛋白质的精确排列和生物芯片的制造。


△用精细、精确的纳米膏打印的电子电路

应用&优势


△应用领域

在超精细喷墨打印中，打印头可以垂直、水平和对角移动，从而可以创建实体 3D 对象。由于超细液滴中的溶剂在释放后会非常迅速地干燥，因此含有超细金和银颗粒的墨水可用于在电路板上形成凸块、支柱或实心布线。也可以创建细胞支架。


△打印机还可以创建 3D 结构，例如这种拱形电路

尽管采用了突破性的技术，SIJ Technology 的打印机体积小得惊人，这意味着它可以轻松安装在工作台面上。有些人可能会担心将喷墨打印机应用于一般工业用途会很困难，但 SIJ Technology 的超精细喷墨打印机对于新手来说很容易操作，具有易于更换的耗材、低廉的价格和可用性强的软件。


△摄像头可以实时观察打印过程


二、美国：Optomec https://optomec.com/




自 1997 年以来，Optomec 系统已在电子、能源、生命科学、航空航天和国防以及物联网 (IoT) 等市场生产了数百种创新设计和产品。由于 Optomec 能够生产具有嵌入式电子设备的智能互联设备，以满足市场对尺寸、功能和成本的严格要求，因此 Optomec 为新兴物联网领域的产品制造提供了独特的优势。

Optomec 拥有悠久的成功历史和超过 3000 万美元的产品开发投资，与多个市场的领先工业公司和研究组织合作，以实现3D打印技术。Optomec 系统用于整个产品生命周期，以减小电子设备的尺寸和成本，提高机器产生替代能源的效率，延长高价值航空部件的使用寿命，生产耐磨医疗设备，并制造工业和消费设备更加智能和互联。


气溶胶喷射打印技术


△气溶胶喷射打印原理

Optomec在电子增材技术方面研究颇深，主要使用气溶胶喷射打印技术生产3D打印电子产品。气溶胶喷射工艺使用空气动力学聚焦将电子墨水精确地沉积到基材上。将墨水放入雾化器中，该雾化器会产生直径为 1 至 5 微米的载有材料液滴的浓雾 。气溶胶雾然后被输送到沉积头，在那里它被鞘气聚焦，鞘气围绕气溶胶形成一个圆环。当鞘气和气溶胶通过异形喷嘴时，它们会加速，并且气溶胶会“集中”成在鞘气 内流动的紧密液滴流。产生的高速粒子流在其从喷嘴行进到基板2到5mm 的距离内保持聚焦，从而在非均匀和 3D 基板上保持特征分辨率 。打印特征的范围从10微米到毫米。

现在Optomec的电子增材制造已经朝向两个方面进行研发：


△在其专有的 Aerosol Jet 工艺和设备方面拥有多项正在申请的专利

1. 增加打印功能范围：
Aerosol Jet 技术的初始打印目标在 10 到 100μm 线宽范围内得到满足。现在已经实现了<10μm的特征尺寸。还开发了具有相同流动原理的新型广域打印头，可以打印毫米尺寸的特征。总而言之，Aerosol Jet 技术的展示工作范围是 1000 倍（微米到毫米）。

2. 生产多路复用：
这是通过向打印头添加更多喷嘴或向系统添加多个打印头来实现的。Aerosol Jet 技术可用于模块化打印系统，可集成到自动化平台中，用于大批量生产应用。模块化架构是可扩展的，旨在实现从打印头快速更换气溶胶喷射打印盒，以进行日常清洁和墨水补充。


优势&应用
有许多传统的和新兴的方法可用于制造电子产品。在大多数情况下，这些方法要么是图形打印的改进，要么代表了专门为打印电子产品设计的新技术。对于许多 2D 应用来说，传统的制造方法是可行的，但随着消费电子、航空航天、医疗保健和物联网应用中使用的更小、更薄的智能连接设备，将需要新的3D制造方法。下面总结了气溶胶喷射技术在这些应用中的优势：

●数字打印——没有掩膜或模板
●无需电镀或蚀刻
●特征尺寸从 10 微米到10 毫米
●打印厚度从 100 纳米到 10 微米
●在非平面和 3D 表面上进行保形打印
●打印互连和有源/无源组件
●使用市售材料打印
●打印生物材料
●在塑料、陶瓷和金属基材上打印
●可扩展以支持大批量生产要求


Aerosol Jet 系统非常适合开发、制造、增强和修复用于消费电子、半导体封装、显示器、航空航天/国防、汽车和生命科学最终用途产品的高性能电子和生物设备。Aerosol Jet 工艺可在 2D 和 3D 表面上使用各种材料（包括导电纳米粒子金属油墨、介电浆料、半导体和其他功能材料）有效地打印高分辨率电子电路和组件。下图列举了其应用领域。


△应用

相关链接： AJ_Printed_Electronics_Overview_whitepaper.pdf (1.16 MB, 下载次数: 30)

2022-8-25 07:22 上传

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三、美国：Kateeva https://kateeva.com/



Kateeva 于 2008 年在麻省理工学院成立，旨在开创 OLED 喷墨沉积工艺。该公司开发了创新的喷墨打印设备，品牌为 YIELDJet 打印机。Kateeva于 2014 年开始提供基于喷墨的封装系统，用于保护柔性 OLED 面板。Kateeva 的封装性能非常出色，据报道这些系统已用于柔性 OLED 的量产——而 Kateeva声称它在 OLED 有机薄膜封装 (TEF) 市场上处于“领先地位”。2017 年，Kateeva正式推出了用于大面积 RGB OLED 发射器沉积的喷墨设备。Kateeva 将其新生产线命名为 YIELDJet Explore，这些系统目前针对研发线和试验线。Kateeva 还在开发可以沉积量子点材料的打印机。


喷墨沉积：业内最薄、最坚固的薄膜


△YIELDjet® Lassen

Kateeva，研发了喷墨沉积设备解决方案，供全球领导者用于批量生产定义类别的平板显示器。在 OLED 薄膜封装 (TFE) 打印机市场处于领先地位。Kateeva的设备创新帮助加速了 OLED 技术的采用，开启了一个新的创新时代，将柔性和可折叠显示产品推向了全球市场。凭借独特的打印头监控技术和 SmartMixing™ 软件，其打印机在批量生产中实现了极高的墨滴放置精度和墨水性能。凭借高速打印数十亿像素的能力，Kateeva 的工具能够可靠地生产业内最薄、最坚固的薄膜，同时具有最长的正常运行时间和最低的维护要求。硬件和软件创新受到知识产权组合的保护，该组合由多个全球司法管辖区的 780 多项专利组成。今天，喷墨解决方案正在支持新兴的显示技术，这些技术正在重新定义智能手机、笔记本电脑和大尺寸电视的观众体验。

YIELDjet平台是世界上第一个为柔性和大尺寸 OLED 从头开始​​开发的喷墨打印制造设备解决方案。凭借新颖的架构和突破性的功能，该解决方案帮助显示器领导者过渡到 OLED 量产，并开启可折叠、可拉伸和可折叠设备的新时代。使 YIELDjet 平台成为 OLED TFE 市场领导者的核心技术创新和独特优势现在正在推动更广泛的显示行业的新兴应用。



●在氮气环境中进行经济高效的打印氮
微量的氧气和水分以及大颗粒会降低 OLED 器件的性能并降低产量。在清洁、高纯度的环境中加工是 OLED 前面板制造设备的核心要求。YIELDjet 平台通过将氮气流过打印机外壳并结合先进的粒子控制技术，提供清洁、高纯度的环境。半导体行业的最佳实践以及流体流动模拟工具的大量使用被应用于设计净化打印机外壳。这产生了一个打印平台，该平台可以实现并保持低于 1ppm 的氧气和水分水平，满足颗粒要求，并在空气中断后 4-6 小时内清除至可处理状态。通过在生产过程中再循环系统中的氮气，可以最大限度地降低消耗品成本。



●高定位精度和均匀性的浮动台漂浮的
打印层的均匀沉积对于均匀显示至关重要。实现这种均匀性的一个关键打印要求是墨滴放置精度。载物台精度是液滴放置精度的重要组成部分。为了实现可扩展到所有玻璃尺寸的高精度载物台，Kateeva 率先推出了喷墨打印机的浮动载物台。在这里，玻璃漂浮在一个薄薄的氮气垫上，氮气垫从一个专门设计的固定台流出。同时施加压力和真空，以使玻璃在高加速度下产生无摩擦运动，同时保持高精度。为了进一步提高载物台精度，可以在打印扫描期间实时进行微调位置。



●打印头监控和 SmartMixing® 软件智能
打印不均匀性可能是由打印阵列中喷嘴的墨滴体积、速度和角度的固有变化引起的。为了应对这一挑战，YIELDjet 平台部署了超快速打印头监控技术和喷嘴混合算法。专有的远程液滴检测 (RDI) 系统测量每个喷嘴的液滴体积、速度和角度，比传统监控系统快约 50 倍。打印头在玻璃装载和对齐过程中受到持续监控Kateeva 的 Smart Mixing® 软件可捕获墨滴数据并校准算法。输出是最佳液滴图案和喷嘴混合，然后在打印期间执行。最终显示均匀且无打印斑。



优势&应用



●降低成本、制造灵活性等减少
在显示器制造中，喷墨打印 (inkjet) 无需使用掩模即可创建图案化薄膜，这与蒸发等依赖掩模的技术不同。由此产生的好处包括更低的生产成本、更少的缺陷、更好的材料利用率、大尺寸基板的制造可扩展性。这些综合优势使喷墨成为显示器大规模生产的理想选择。



●实现大规模
扩大到更大的玻璃尺寸对于实现电视等消费设备所需的中大尺寸显示器的全部经济潜力至关重要。喷墨是一种扫描系统，通过在玻璃上进行多次扫描来沉积薄膜。扫描系统本质上可以扩展到更大的玻璃尺寸——首先，添加更多扫描以覆盖更多区域。



●OLED薄膜封装量产的选择途径大量生产
OLED 设备对痕量的氧气和水分极为敏感。在操作过程中保护这些元素是必不可少的。对于柔性器件，使用无机/有机多层薄膜封装已成为首选的集成方案。上面讨论的优点使喷墨成为沉积 TFE 叠层的有机层的首选方法。材料效率、更长的正常运行时间和卓越的缺陷性能是选择喷墨用于柔性 OLED 显示器大规模生产的关键考虑因素。此外，喷墨技术在选择有机薄膜材料方面提供了更大的灵活性，而使用液体墨水可以更好地平整底层颗粒和表面拓扑结构——这是 TFE 质量的一个关键因素。


YIELDjet的应用多种多样，下面是其三个方面的应用：
●薄膜封装
●微透镜平面化平面化
●量子点OLED

四、韩国：Enjet http://enjet.co.kr/cn/index.html



ENJET于2009年在韩国成立。 研究开发了纳米喷涂机和纳米打印机，适用于各种手机、显示屏、半导体玻璃、摄像机模块、医疗设备、原材料等行业。追求成为21世纪绿色环保的企业，不断挑战新技术，以迎合多元化的市场变化。从公司成立以来，一直致力于研发核心技术的同时开拓着全球化市场。ENJET以先进的科技和卓越的品质，给客户提供顶尖产品以及创新解决方案，并重视与客户维持友好的双赢关系。


iEHD 打印
电喷印亦称为电流体动力喷射打印(electrohydrodynamic jet printing，E-jet)，与传统喷印技术(热喷印、压电喷印等)采用“推”方式不同，EHD 喷印采用电场驱动以“拉”方式从液锥(泰勒锥)顶端产生极细的射流。



其基本原理如图所示：在导电喷嘴(第一电极)和导电衬底(第二电极)之间施加高压电源，利用在喷嘴和衬底之间形成的强电场力将液体从喷嘴口拉出形成泰勒锥，由于喷嘴具有较高的电势，喷嘴处的液体会受到电致切应力的作用;当局部电荷力超过液体表面张力后，带电液体从喷嘴处喷射，形成极细的射流，喷射沉积在衬底之上，结合承片台(x-y方向运动)和喷嘴工作台(z向)的运动能够实现复杂三维微纳结构的制造。




Enjet专利技术是打印高密度以及超微细结构的打印解决方案。 iE Jet Printing 是利用电磁场的近距离喷射技术（ENJET）。 Enjet具有iEHD（电流体动力学）纳米高滴控制，iE高精度控制及电浆技术，通过此液技术稳定生成毫微升（级）的液滴，保证打印的精度。可形成1㎛的超微细结构（自动线、点焦，以及混合显示）。


●按需喷墨和打印

△“液桥”结构

iElectrohydro (iEHD) 喷墨打印机使用超低浓度的材料，生成超细颗粒物，生成微滴喷出。更超微细的点和线。

●连续喷墨打印



iElectrohydro喷码机通过喷出高精细的电流信号，可以控制喷射打印机，并且可以持续控制喷射打印机，这种材料可以在此和 3D 材质上形成各种正确的动作。


优势&应用
●由于电喷印采用微垂流模式按需喷印的模式，能够产生非常均匀的液滴并形成高精度图案；
●打印分辨率不受喷嘴直径的限制，能在喷嘴不易堵塞的前提下，实现亚微米、纳米尺度分辨率复杂三维微纳结构的制造。
●可用于电喷印的材料范围非常广泛，包括从绝缘聚合物到导电聚合物，从悬浊液到单壁碳纳米管溶液，从金属材料、无机功能材料到生物材料等。

因此，电喷印具有：兼容性好(适用材料广泛，以及高黏度液体)、成本低、结构简单、分辨率高等优点，尤其是对于高黏度液体能够打印出比喷头结构尺寸低一个数量级的图案。目前它已经被看作最具有应用前景的微纳尺度3D打印技术之一。



电喷墨打印有多种用途：

●LCD 修复
墨水直接打印在发生开放缺陷的区域来完成修复并达到产品的良品化目的。与现有的CVD修复相比，工艺简单，可形成灵活的图案。尺寸3μm 以上。

●OLED
修复墨水直接打印在缺陷的区域来完成修复并达到产品的良品化目的。可以修复现有CVD修复无法实现的1μm级的图案。尺寸1.5μm 以下。

●uLED 修复
卸下未点亮的uLED芯片后，在焊盘上印刷导电墨水，然后安装该芯片以恢复并获得良好的质量。尺寸10μm 以下。

●超精密凹凸打印



可以在金属焊盘上使用导电墨水进行保险杠打印。形成小于10μm的点，因此可以应用于uLED等。尺寸10μm 以下

●点胶
Enjet基于自家的点胶技术，开发了用于半导体包装的创新型底部填充解决方案。与常规方法相比，由于电场的作用，它具有无空隙的底部填充性能的优点。



●侧面电极打印

●粘接与密封


总结
可以看到，国外在电子增材制造领域已经取得了不少成就，国内还需对电子增材制造行业有进一步认识和研为了维持3D打印电子产品的增长和采用，需要在新型先进功能油墨的研究和开发方面继续努力。有必要为各种应用开发具有不同材料性能、电子性能和机械性能的各种油墨。最终的电子性能和打印分辨率是3D打印电子产品的两个最重要的考虑因素。南极熊在这里非常鼓励油墨制造商和机器制造商加强合作，分享他们的专业知识，以便共同配制和优化适合某一打印机的油墨，从而更好地改善打印适用性和打印质量。相信在不久的将来，电子产品的新3D打印应用会发挥它巨大的潜力。