Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Аналитический обзор 9
1.1 Существующие методы изготовления электронных схем 9
1.2 Свойства полимерных пленок, используемых в технологии полиграфического и упаковочного производства 23
1.3 Электропроводящие композиции, используемые при изготовлении электронных схем 29
1.4 Выводы к аналитическому обзору 45
Глава 2 Объекты и методы исследования 47
2.1 Полимерные пленки, используемые в работе 47
2.2 Композиции, наносимые на полимерные пленки 49
2.3 Экспериментальные установки 51
2.4 Методы исследования свойств поверхности полимерных пленок 56
Глава 3 Экспериментальные результаты и их обсуждение 64
3.1 Разработка рецептуры электропроводящих композиций 64
3.2 Предварительная обработка поверхности полимеров плазмой электрических разрядов 67
3.3 Травление плазмой серебросодержащих слоев, нанесенных на полимерные пленки 81
3.4 Применение углеродных нанотрубок и графенов в составе электропроводящих композиций 90
3.5 Разработка рекомендаций к конструкции технологического оборудования 93
Выводы 98
Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов 100
Список литературы 101
- Свойства полимерных пленок, используемых в технологии полиграфического и упаковочного производства
- Экспериментальные установки
- Предварительная обработка поверхности полимеров плазмой электрических разрядов
- Разработка рекомендаций к конструкции технологического оборудования
Введение к работе
Актуальность исследования.
Процесс печати развивался на протяжении многих столетий, начиная с изобретения печатного станка Иоганном Гутенбергом в 15 веке. Однако лишь в последние несколько десятилетий технический и технологический прогресс позволяет использовать этот процесс не только для выпуска газет, книг, журналов, но и для изготовления высокотехнологичных электронных компонентов. Благодаря этому сформировалось новое направление – «печатная электроника». Согласно анализу мирового рынка, проведенному компанией IDTechEx (Великобритания), объем рынка «печатной электроники» к 2018 году составит 35 миллиардов долларов.
Создание «печатной электроники» определяется как процесс формирования электронных приборов с помощью методов крепления и соединения их элементов на гибких основах, таких как бумага, пластик или ткань. В последнее время интенсивное развитие получает печать с использованием в качестве запечатываемого материала полимерных пленок. Это, в первую очередь, связано с бурным развитием индустрии по выпуску товаров в красочной упаковке из полимерных материалов. Кроме того, интерес к печати на полимерных пленках значительно возрастает в связи с внедрением новых технологических процессов изготовления электронных микросхем полиграфическими методами. Наиболее важные достоинства схем, изготовленных таким образом – низкая себестоимость, экологичность, энергоэффективность, гибкий и малогабаритный форм-фактор, технологичность при крупносерийном производстве. Особенности «печатной электроники» также позволяют быстро и экономично интегрировать ее с уже производящимися образцами без применения специальных методов сборки. Используя полиграфические технологии, можно создавать не только отдельные компоненты, но и полнофункциональные устройства.
При разработке новых технологий, связанных с печатью на полимерных пленках, требуется определить граничные условия применения их в различных полиграфических процессах.
В отличие от традиционного запечатываемого материала – бумаги, полимерные пленки обладают особенностями физико-механических и поверхностных свойств, которые будут оказывать значительное влияние, как на качество печати, так и на прохождение пленки по лентопротяжному тракту полиграфического оборудования.
В связи с этим, разработка технологических процессов печати электронных схем полиграфическим способом является весьма актуальной.
Цель диссертационной работы.
Цель диссертационной работы заключается в разработке научно обоснованных электропроводящих композиций и процессов их нанесения на гибкие полимерные материалы. В соответствии с проведенным анализом научной и патентной литературы в исследуемой области были определены основные задачи диссертационной работы:
разработка рецептуры электропроводящих композиций, а также технологических приемов повышения электропроводности композиции после ее нанесения на полимерную пленку;
изучение влияния свойств электропроводящих композиций, наносимых полиграфическим способом, на адгезионные и электропроводящие свойства;
разработка технологических параметров процесса обработки поверхности полимерной пленки, предназначенной для нанесения электропроводящих композиций полиграфическим способом;
разработка рекомендаций в части состава печатного оборудова-ния для нанесения электропроводящих композиций струйным и флексографским методами.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Показано, что в процессе нанесения серебросодержащих электропроводящих композиций электропроводность может быть увеличена более чем на 4 порядка путем плазмохимической обработки поверхности изделия в среде аргона, при этом установлен факт удаления с поверхности пленкообразующих веществ.
2. Экспериментально установлено, что плазмохимическое травление поверхности пленок с нанесенной серебросодержащей композицией в среде кислорода приводит к удалению пленкообразующего, но при этом не происходит возрастания электропроводности вследствие окисления наночастиц серебра.
Решенная научная задача
Разработана рецептура электропроводящих композиций и процессы их нанесения на гибкую полимерную подложку полиграфическими методами, что создает технологическую основу организации отечественного производства печатной электроники.
Практическая ценность состоит в получении научных результатов, позволивших сформулировать требования к основным стадиям процесса нанесения электропроводящих композиций на полимерную пленку полиграфическим способом. Сформулированы требования к полимерной подложке, используемой для нанесения электропроводящих композиций полиграфическим способом. В частности, экспериментально обоснованы технологические режимы обработки поверхности плазменно-химическим методом в среде аргона или кислорода. При этом также обоснованы режимы плазмохимической обработки поверхности полимерных пленок с нанесенным слоем, содержащим наночастицы серебра, что позволило значительно повысить электропроводность.
Разработанные элементы технологии нанесения электропрово-дящих композиций полиграфическим способом могут быть использованы в качестве модели для организации промышленного выпуска печатной электроники.
Предложена структурно-технологическая схема для печати струйным и флексографским способами электропроводящих композиций, содержащих наночастицы серебра, с последующим травлением плазмой низкого давления.
Апробация работы. Положения диссертационной работы докладывались: на расширенном заседании кафедры «Инновационные технологии и управление» в 2010, 2011 и 2012 г.г.; на V международной научно-практической конференции «Перспективы применения инновационных технологий и усовершенствования технического образования в высших учебных заведениях стран СНГ», Душанбе, октябрь 2011; на международной молодежной конференции «Тенденции развития планарных нанотехнологий на основе современного полиграфического оборудования», Москва, сентябрь 2012 г.; на конференции молодых ученых, Москва, МГУП имени Ивана Федорова, апрель 2013 г.
Публикации. По тематике работы опубликованы 4 научных статьи и тезисы докладов на научно-технической конференции, из них 2 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов, библиографического списка. Основной текст диссертации содержит 108 страниц, включая 11 таблиц и 44 рисунка.
Свойства полимерных пленок, используемых в технологии полиграфического и упаковочного производства
Рынок пленочных материалов довольно-таки обширен. Полимерные пленки нашли широкое применение в упаковочной промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, пищевой и медицинской промышленности, а также в электротехнической отрасли. Разнообразие видов полимерных пленок и их сочетание в многослойных и комбинированных материалах способны удовлетворить любые требования, предъявляемые к материалу, используемому в технологии изготовления электронных схем.
Многообразие видов применяемых пленок определяет разнообразие методов их производства. Основной объем изготовляемых в мире полимерных пленок приходится на пленки из расплавов полимеров, основу которых составляют полимеры, способные при нагреве переходить в вязкотекучее или высокоэластическое состояние, не подвергаясь при этом термической деструкции. Метод производства пленки определяется химической природой полимера и назначением готовой пленки. В настоящее время можно выделить три основных метода изготовления пленок из полимеров: экструзия из расплава, каландрование и получение пленок из раствора полимера. Физическая сущность методов экструзии и каландровании заключается в формовании из расплава полимера заготовок с последующим их деформированием до заданных размеров пленки и фиксирование их охлаждением [23]. Процесс производства комбинированных пленок связан с совмещением или внедрением полимера в вязкотекучем состоянии в другой ленточный материал с обеспечением при этом необходимой межслоевой адгезии [31]. Особое место занимают методы модификации полимерных пленок, позволяющие получать многослойные материалы с требуемым комплексом физико-химических свойств [19-21,23]. Вопросы направленного влияния на физико-механические и эксплуатационные свойства пленок решают использованием методов физической и химической модификации. В первом случае преобразование, например, надмолекулярных структур полимеров происходит под влиянием физических факторов. При химической же модификации происходят изменения в химическом строении макромолекул, изменяется характер связи между ними.
Важнейшим требованием при создании многослойных пленочных систем является необходимый уровень межслойного адгезионного взаимодействия [33]. Формование пленок из растворов полимеров имеет более давнюю историю, чем какие-либо другие методы производства пленочных материалов. Методы получения пленок путем их формования из раствора до сих пор не утратили своего значения для полимеров, температура вязкого течения которых находится ниже температуры разложения. К ним относятся эфиры целлюлозы, гидрохлорид полиизопренового каучука, поливиниловый спирт. Использование растворителей целесообразно и в тех случаях, когда повышение молекулярной массы, улучшающее прочностные и эластические свойства пленок, ведет к увеличению температуры текучести и не допускает переработку полимеров из расплава. Полученная еще в конце прошлого столетия гибкая пленка из нитрата целлюлозы вскоре была использована изобретателями кинематографа в качестве основы кинопленки. С тех пор не прекращалась работа по усовершенствованию полимерной основы кинофотоматериалов. Это привело к созданию ряда новых полимерных пленок на основе различных эфиров целлюлозы, из которых наибольшее значение имеют пленки из частично гидролизованного триацетата целлюлозы (59-71 % связанной уксусной кислоты), вытеснившие горючую взрывоопасную кинофотопленку из нитрата целлюлозы.
В отличие от бумаги — традиционного запечатываемого материала, физико-механические и поверхностные свойства полимерных плёнок оказывают на процесс и качество печати гораздо большее влияние. Особенно это касается прохождения плёнки по лентопротяжному тракту полиграфического оборудования [36]. Рассмотрим наиболее часто используемые в качестве упаковочных материалов полиэтиленовые (ПЭ) и двухосно-ориентированные плёнки из полипропилена (БОПП) и попытаемся ответить на два вопроса — какими свойствами они должны обладать для осуществления качественной печати и каким требованиям должно отвечать работающее с ними полиграфическое оборудование [34]. Вопросы печати на полимерных пленках [35-38], весьма актуальны, особенно в связи с распространением полиграфических технологий в производство микроэлектроники.
Одним из факторов, влияющих на качество печати на полимерной подложке — хорошая смачиваемость поверхности печатной краской.
Физико-химическая модель процессов, протекающих на границе раздела фаз привлекает внимание исследователей уже более полувека [39-42]. Понимание именно этих процессов во многих случаях определяет развитие промышленности, создание новых технологий и материалов, разработку новых методов исследования вещества.
Осознание прикладной и фундаментальной значимости задач, связанных с поверхностными явлениями, привело к тому, что за последние десятилетия физика поверхности превратилась в быстро развивающийся самостоятельный раздел современной физики. Однако анализ специальной литературы [31,43] показывает, что в основе формального описания поверхностных явлений до сих пор лежат многие представления и теоретические модели, развитые еще в конце 19 - начале 20 века. В то же время исследования этих явлений, проведенные в последующие годы [31,44-46] продемонстрировали, что эти представления и модели либо имеют весьма ограниченную область применения, либо вообще должны быть пересмотрены и заменены более совершенными и всеобъемлющими представлениями и моделями.
В качестве примера можно привести модельные представления о взаимодействии атомов и молекул с поверхностью твердых тел. Известно, что для описания этого взаимодействия в настоящее время широко используется одномерный потенциал Ленарда-Джонса , параметры которого определяются из независимых измерений, сделанных в газовой фазе. В связи с этим возникает вопрос: почему для описания притяжения молекулы к поверхности используется модель взаимодействия двух диполей? Почему не учитывается влияние на это взаимодействие хотя бы соседних атомов или молекул по-верхности, которое должно приводить к изменению не только значений эмпирически найденных параметров потенциала, но и мультипольности взаимодействия? Как это изменение связано (и связано ли вообще) со структурой поверхности? Ответов на эти вопросы пока не существует, хотя они представляют интерес не только с точки зрения описания взаимодействия атомов или молекул на границе раздела двух фаз, но и с точки зрения правильного понимания фундаментальных физических процессов, протекающих на этой границе, таких, например, как захват частиц из газовой фазы в состояние физической адсорбции, переход из состояния физадсорбции в состояние хе-мосорбции, миграция адсорбированных частиц вдоль поверхности, химическое взаимодействие частиц вблизи раздела двух фаз и т.д. Ответы на поставленные вопросы важны также с точки зрения оценки адекватности результатов численного моделирования поверхностных явлений, которые во многих случаях основаны на модели парного взаимодействия частиц, одной из составляющих которого является диполь-дипольное взаимодействие Ван-дер-Ваальса.
В работе [50], исходя из микроскопических представлений, исследованы явления, связанные с поверхностным натяжением, и построена феноменологическая теория, позволяющая определить энергетическое состояние молекул на границе раздела двух фаз и адгезионные свойства поверхности на основании данных о значениях краевого угла смачивания (рис. 1.9).
Экспериментальные установки
Обработку поверхности полимерных пленок перед нанесением электропроводящих композиций осуществляли на специальной экспериментальной установке, создающей коронный разряд. Принципиальная схема установки представлена на рис.2.2.
Конструктивные особенности установки следующие:
- установка снабжена съемными коронирующими электродами, материал и форма которых может изменяться в зависимости от особенностей эксперимента;
- заземленный электрод выполнен в виде вала из алюминиевого сплава, сверху покрытого слоем резины из силиконового каучука, толщина диэлектрического покрытия 7 мм;
- блок питания выполнен в виде 2-х узлов, в первом из которых происходит изменение промышленной частоты (50 Гц) в ВЧ (20 кГц), а во втором преобразование тока высокой частоты с напряжением 220 В в напряжение от 5 до 20 кВ;
- установка может использоваться для обработки как отдельных образцов шириной 20 см, так и образцов в рулоне.
- зазор между электродами регулировался в пределах 0,1-3,0 мм;
- напряжение в разрядном промежутке регулируется в пределах 7-20 кВ;
- конструкция установки позволяет вести процесс активации в среде различных газов, создавая избыточное давление 200-700 Па.
Кроме того для обработки поверхности полимерных пленок, был использован способ плазмохимического осаждения из паровой фазы. В специальной камере посредством активных компонентов плазмы осуществлялась активация поверхностного слоя полимерных плёнок. Принципиальная схема и внешний вид установки представлены на рисунках 2.3 и 2.4 соответственно.
В качестве активных газов для поверхностной модификации были использованы аргон (Аг, 99.99%) и кислород (Ог, 99.999%). Объём вакуумной камеры из нержавеющей стали составлял 100 л. Верхний и нижний электроды одного размера с диаметром 250 мм. Расстояние между ними 50 мм. Им-пульсно-модулированный высокочастотный (40 кГц) генератор подключён как источник питания. Образцы выкладывались на нижнем заземлённом электроде. Далее включался насос для откачивания воздуха.
Для предварительной обработки поверхности полимеров газ впускался потоком 5 см /мин в момент достижения давлением уровня 4 Па. Мощность разряда и рабочее давление в камере поддерживались постоянными, 75 Вт и 8,5 Па соответственно. Время обработки варьировалось от 30 с до 5 мин. Затем производились запечатывание и оценка гидрофильности поверхности через 20 мин, 2 и 24 ч. после обработки.
Эта же установка использовалась в дальнейшем для вытравливания поливинилпиролидона из серебросодержащей композиции после ее нанесения на полимерные пленки.
Для очистки образцов от загрязнений была использована ультрозвуко-вая ванна модели KQ3200DE (рисунок 2.5). Её основные технические характеристики приведены ниже:
- Объём ванны: 6 л;
- Частота ультразвука: 40 кГц;
- Мощность генератора ультразвука: 150 Вт;
- Мощность генератора ультразвука при нагреве: 800 Вт;
- Диапазон температур: 0-80 С;
- Время нагрева: до 20 мин.
Промывка производилась при температуре около 25 С, продолжительностью 5 минут. В качестве моющих растворов были использованы этанол (СгН5ОН, 99,99%) и дистиллированная вода.
Сушка очищенных образцов и образцов с нанесёнными материалами производилась в закрытом сушильном шкафу. Сушка образцов после очистки проводилась при температуре 45 С в течение 30 мин.
Для измерения веса образцов использовались весы Sartorius ВТ 125D
- абсолютная погрешность показаний в диапазоне 0 - 41 г: 0,01 мг;
- абсолютная погрешность показаний в диапазоне 41 - 120 г: 0,1 мг.
- максимальная допустимая нагрузка: 120 г.
Предварительная обработка поверхности полимеров плазмой электрических разрядов
Обработка полимерных пленок коронным разрядом приводит к гидро-филизации поверхности. Так, например, в зависимости от интенсивности обработки полимерной пленки коронным разрядом, могут быть получены значения краевых углов смачивания до 25 градусов. Для сравнения - краевой угол смачивания для необработанной пленки составляет 78-81 градус.
Эффект от обработки ПЭТФ пленки коронным разрядом не постоянен во времени, и в процессе хранения коронированных образцов краевой угол смачивания возрастает. На рис.3.3 и 3.4 представлены зависимости значений краевых углов смачивания поверхности пленок из ПЭТФ и ПП обработанных коронным разрядом различной интенсивности от продолжительности хранения.
Среди явлений, сопровождающих активацию полимерных пленок коронным разрядом, особое место занимает возрастание гидрофильности обработанной поверхности.
Изменяя параметры коронного разряда (напряжение, зазор между электродами, частота тока разряда, продолжительность обработки) можно получить поверхность пленки с заданной степенью гидрофильности.
Экспериментальные исследования показали, что в результате воздействия плазмы коронного разряда на поверхность пленок из ПП и ПЭТФ значительно возрастает их гидрофильность.
Если для необработанных ПЭТФ и ПП пленок значения краевого угла смачивания находятся в пределах 60 градусов, то после активации в зависимости от интенсивности процесса, значения краевого угла смачивания снижаются до 20-28 градусов для ПЭТФ пленок, и до 40-45 градусов для ПП, что хорошо иллюстрируется зависимостями, представленными на рисунке 3.3 и 3.4. Все это хорошо коррелирует с результатами, представленными на рис 3.5 и 3.6, анализируя которые можно заметить значительное повышение энергии поверхности полимерных пленок, активированных коронным разрядом. В связи с чем мы в праве ожидать высокую адгезионную способность.
Как видно из представленных результатов, эффект от обработки пленок коронным разрядом непостоянен во времени и в процессе хранения значения краевых углов смачивания возрастают.
Анализируя зависимости, представленные на рисунок 3.3, 3.4, можно констатировать, что при одинаковых условиях активации поверхностей наибольший эффект, с точки зрения ее гидрофилизации, достигается на пленках из ПЭТФ. Однако, если рассмотреть временные зависимости для этих пленок, можно увидеть, что активированные пленки из 1111 более стабильны во времени
В зависимости от режимов обработки полимерных пленок коронным разрядом можно достичь различных значений гидрофильности поверхности. Если для не активированных коронным разрядом полимерных пленок (ПЭТФ и ПП), согласно рисункам 3.3 и 3.4 значения краевых углов смачивания равны 57 и 68 соответственно, то для этих же пленок можно достичь значений 20 и 42 соответственно.
Обработка поверхности полимерных пленок коронным разрядом приводит к изменению микрогеометрии поверхности. Это хорошо видно из анализа результатов, полученных с применением атомно-силовой микроскопии. Эти результаты представлены на рисунках 3.7-3.8. По-видимому, под действием плазмы коронного разряда происходит деструкция в аморфной части полимера, об этом говорится в ряде публикаций [32,41,52] и поэтому будет более рельефнее подчеркиваться кристаллическая структура в поверхностных слоях полимерного материала.
Таким образом помимо гидрофилизации поверхности полимерных пленок, происходит изменение топологии их поверхности под действием коронного разряда. Все это будет способствовать повышению адгезионного взаимодействия материала полимерной подложки с наносимой электропроводящей композицией.
Из работ [32,42,79] известно, что активации поверхности полимерных пленок коронным разрядом сопровождается рядом явлений. Среди них основными являются увеличение концентрации кислородсодержащих групп в поверхностном слое полимера и накапливание инжектированного электрического заряда. Используя ксерографический порошок, удалось выявить равномерность распределения электрического заряда по поверхности полимерных пленок обработанных коронным разрядом. И в соответствии с результатами исследований, представленных в этих работах распределение заряда на поверхности полимерных пленок будет соответствовать и равномерности смачивания по поверхности образца. На рисунках 3.11 представлена реальная картина распределения заряда по по верхности пленки в зависимости от условий обработки.
Как показали результаты проведенных многочисленных экспериментов [86], картины распределения электрического заряда по поверхности полимерных пленок во многом определяются природой материала заземленного электрода. Если не менять заземленный электрод, не менять материал диэлектрического покрытия электрода, то картина распределения электрического заряда на поверхности пленки практически не будет меняться. Это хорошо показано на изображениях (рис.3.12).
Если изменить материал диэлектрического покрытия заземленного электрода, то картина распределения заряда изменится. Представленные на рис. 3.12 изображения получены при использовании покрытия из полиэтилена. Заменив покрытие из полиэтилена на покрытие из фторопласта, мы получим другую картину распределения заряда (рис.3.13). Причем картина распределения разряда практически не меняется при увеличении коронирующе-го напряжения.
Сравнивая изображения, представленные на рис.3.12 с изображениями на рис.3.13, можно утверждать, что более высокие диэлектрические свойства покрытия заземленного электрода способствуют более равномерному распределению электрического заряда на поверхности.
Смачиваемость поверхности пленок не всегда обеспечивает высокий уровень адгезионного взаимодействия. Представляло интерес наглядно оценить уровень адгезионной прочности и качество нанесения композиций на поверхность активированной пленки [87].
На рисунке 3.14 представлены микрофотографии поверхности ПЭТФ пленки обработанной коронным разрядом с нанесенным слоем ПВА, содержащим частицы графена.
Анализ изображений, представленных на рис.3.14 свидетельствует о том, что значение тока разряда равное 15 мА недостаточно, так как на поверхности запечатанного материала есть плохо пропечатанные участки, что недопустимо в случае печати электропроводящими композициями. При повышении тока разряда до 50 мА и более, изображение становится более равномерным. Достаточно ли этого для обеспечения адгезионной прочности, можно судить по результатам испытания запечатанных образцов так называемым методом «скотч-теста»
Кроме того, известно, что применение плазмы в среде различных газов, также является эффективным методом активации поверхности полимерных материалов.
Предварительная активация поверхности полимерных плёнок полипропилена (ПП) проводилась плазмой газов аргона и кислорода. Время обработки составило 30 с, 3 мин и 5 мин. Затем производились измерение краевого угла смачивания через различны интервалы времени после обработки до запечатывания обработанного материала. На рисунке 3.15 представлены зависимости краевого угла смачивания от временного периода, прошедшего с момента обработки полимерных плёнок в плазме.
Разработка рекомендаций к конструкции технологического оборудования
Главными преимуществами печатной электроники являются простота реализации и возможность её производства традиционными полиграфическими методами с большой скоростью и низкими энергозатратами. Предложенный нами метод травления серебросодержащих слоев может быть применён для производства полностью печатных меток радиочастотной идентификации. Электропроводящие изображения для них должны обладать большой точностью и высокой электропроводимостью для обеспечения высокой добротности печатных катушек индуктивности. Посредством применения предложенного метода, производство меток радиочастотной идентификации, удовлетворяющих вышеперечисленным требованиям, может быть реализовано на специальном оборудовании, предназначенном для этих целей (рисунок 3.32). Очевидно, что для многофункциональности такую машину следует строить по модульному линейному принципу, допуская возможность исключения из производственной цепи одних модулей, и включения других. Например, при печатании соединений, состоящих из двух проводящих слоев металла, между которыми струйным способом печатается три слоя диэлектрика, можно заменить три секции струйной печати диэлектрика на одну стандартную секцию узкорулонной флексографской печати, потому что толщина слоя окажется примерно одинаковой в обоих случаях, а при условии нагретой подложки, вязкость композиции подойдёт для этого полиграфического способа.
На рулонное разматывающее устройство (1) загружается рулон полимерной плёнки (рисунок 3.32), которая перед печатью в первой струйной печатной секции (3) проходит обработку в плазме аргона в вакуумной установке (2) с целью повышению адгезионной прочности. После нанесения первого слоя электропроводящей композиции на основе нанометаллов в первой струйной печатной секции пленка проходит через секцию тепловой сушки (4) для окончательного испарения растворителя, после чего пленка поступает в узел плазменной обработки (2) для травления поливинилпироллидона, входящего в рецептуру струйной композиции. Если мы наносим композиции методом флексографской печати то процесс после размотки пленки может быть продолжен в устройстве плазменной обработки (2) а далее пленка подается в узел флексографской печати (5), после чего нанесенный слой высушивается в устройстве (4), и в случае применения метоллосодержащих композиций с поливинилпироллидоном пленка проходит обработку в плазменной установке (2). Заканчивается технологический процесс смоткой запечатанной пленки в рулон на наматывающем устройстве (6).
Преимуществом предложенной технологической схемы является возможность интеграции некоторых компонентов, которые широко применяются в обычной полиграфии. Так, например, флексографскую печатную секцию можно заимствовать у стандартных узкорулонных флексографских машин для производства этикеток (рисунок 3.33).
Однако многие элементы такой гибридной машины всё же будут иметь ряд существенных отличий. Особенно это относится к секции для струйной печати. Для качественной и быстрой печати секция должна содержать несколько сотен адаптированных для печати электропроводящих метало-содержащих композиций печатных головок (рисунок 3.34). Для некоторых видов печатной электроники эти головки могут одновременно печатать разные материалы с разными свойствами. Каждая головка должна снабжаться высокочастотным источником энергии; параметры температуры композиции и подложки, давления в печатной головке и позиционирования капель по двум осям (приводки) необходимо регулировать специальными системами. Печатный цилиндр следует оснастить вакуумными присосами.
Для достижения необходимого уровня электропроводности композиций необходимо руководствоваться принципом соотношения достаточного уровня электропроводности при минимальной концентрации наночастиц серебра в наносимой композиции. При этом необходимо учитывать фактически требуемое время первичного закрепления, которое должно соответствовать времени прохождения участка полотна от секции нанесения электропроводящей композиции до следующей технологической операции.
На основе полученных экспериментальных результатов и предложенной структурно-технологической схемы оборудования можно сформулировать техническое задание для разработки требований к технологической линии.
Описание узлов технологической линии:
1) Узел размотки пленочного полотна, конструкцию флексографской печатной секции и узел намотки запечатанного пленочного материала -сконструировать по аналогии с узлами узко-рулонной флексографской машины, например, FocusWebFlex 330, производитель FocusLabel.
2) Конструкцию лентопротяжного тракта можно заимствовать из гибридной машины флексографской и струйной печати аналогичной модели Nilpeter CASLON, совместного производства компаний XAAR и NILPETER.
3) Плазменная установка для травления электропроводящих слоев следует разместить в единой технологической линии, при этом конструкция должна быть аналогичной модели LPS 2500 DF, компании Etched in time, Inc. (БІТІ).
4) Для секций струйной печати следует использовать технологию компании Konica Minolta, разработанную для модели печатающей головки КМ 1024 Series.
5) Механизмы (исполнительные органы рабочей машины) оснащаются индивидуальными электроприводами с электродвигателями, управляемыми преобразователями, программируемыми микроконтроллерами приводов. Совместную работу приводов и механизмов, входящих в состав технологического агрегата, координирует технологический программируемый микроконтроллер.
