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《Advanced Materials Technologies》低温共烧陶瓷(LTCC)三维电子器件的多材料混合3D打印技术

《Advanced Materials Technologies》低温共烧陶瓷(LTCC)三维电子器件的多材料混合3D打印技术

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2023-12-05 10:07
  • 访问量:

【概要描述】用于制造三维陶瓷电子器件的新型混合3D打印技术。

《Advanced Materials Technologies》低温共烧陶瓷(LTCC)三维电子器件的多材料混合3D打印技术

【概要描述】用于制造三维陶瓷电子器件的新型混合3D打印技术。

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《Advanced Materials Technologies》低温共烧陶瓷(LTCC)三维电子器件的多材料混合3D打印技术

2022年1月27日,东南大学MEMS教育部重点实验室李霁团队与中国建筑材料科学研究总院有限公司玻璃科学研究院徐博老师合作在《Advanced Materials Technologies》发表题为Multimaterial Additive Manufacturing of LTCC Matrix and Silver Conductors for 3D Ceramic Electronics的研究论文,提出了一种用于制造三维陶瓷电子器件的新型混合3D打印技术。

原文链接:

https://doi.org/10.1002/admt.202101462

 

 

 

 研究简介 

 

该工作专门研发了一种用于挤出成型3D打印工艺的水基低温共烧陶瓷(LTCC)浆料,并通过自主研发的多材料挤出成型3D打印设备实现了该LTCC浆料与商用共烧银浆的一体化3D打印,完成三维陶瓷电子器件素胚制造。经专门共烧工艺后可以获得高致密度三维电路板,再经回流焊工艺安装贴片电子器件实现电学功能。研究结果表明,三维陶瓷素胚烧结后水平与竖直方向收缩率约为17%,密度为3.107 g/cm3,接近传统多层低温共烧陶瓷技术制造水平。银导线电导率与电阻温度系数分别2.34 μΩ·cm与3.56×10-3/℃,与纯银相近。

 

 

图1 多材料3D打印工艺链(a)陶瓷浆料制备(b)多材料陶瓷的3D打印(c)脱脂和烧结工艺(d)安装电子元件

 

 

 

图2 多材料3D打印样品(a)2D LED电路板的坯体(b)烧结2D LED电路板(c)2D LED电路板处于工作状态(d)3D LED电路板示意图(e)工作状态下的3D LED线路板(f)3D 电路的显微CT图像

 

 研究结论 

 

基于上述技术,该团队制造了二维和三维陶瓷LED电路板,耐腐蚀、耐高温的陶瓷加热器和温度传感器等应用样件。二维电路板采用在陶瓷板素胚平面布线的方式形成电路,达到了常规多层低温共烧陶瓷技术加工能力。三维电路板将平面电路布线埋入三维基体,并通过打印导电柱方式实现垂直方向上导电互连,突破了常规多层低温共烧陶瓷技术加工能力。陶瓷加热器以11W功率工作时其表面温度可达300℃,高于PCB印刷电路板的耐温极限(~280℃)。共烧银导线具有与纯银相近的电阻温度系数,植入陶瓷基体进行保护后,可用于监测腐蚀性溶液温度变化。

该团队提出的陶瓷基混合3D打印技术,工艺流程简单,实用性和经济性好,未来可以满足军工电子、航空航天、信息通讯等高端制造业领域对于高强度、高性能、高可靠性定制化三维电子产品的需求。

 

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