电阻结构3D打印工艺试验研究文献综述

 2022-11-26 18:04:07

1 引言

增材制造技术也被称为3D打印技术,是20世纪80年代中期出现的高新技术。美国材料试验协会将其定义为“利用三维模型数据从连续的材料中获得实体的过程”,该三维模型数据通常层叠在一起[1]。其有别于去除材料的制造方法和工艺。近年来,随着信息技术、新材料技术和制造技术的快速发展,3D打印技术不断完善并且已被广泛用于电子器件、航空航天、汽车工业、生物医疗、文娱和教育等领域。

传统微电子生产工艺是在洁净室通过高真空蒸镀和减材制造技术来完成的,缺点表现为蒸镀设备及工艺成本高,运行费用昂贵,减材制造电路板耗时耗材,排放成本高,且废液会造成重金属及化学污染,电路板还存在芯片与其它元器件与其贴片封装等后续工艺[2]

电阻等无源器件的成形是目前结构电子增材制造领域的研究热点与难点。电阻是无源集成电路的重要组成部分,而无源集成电路在DC-DC转换器、电压放大等电路中都会用到。如果用增材制造的方法成型这些电路,可以省去R、C、L等元器件及其贴片封装。本课题针对小尺寸电阻,开展电阻3D打印工艺试验与分析研究。通过课题的开展,将完成电阻材料选型、成形试验、性能表征分析、工艺优化,完成基于导电丝材和导电碳浆的电阻成形试验研究,初步实现小尺寸电阻的3D打印成形。

2 增材制造技术概述

2.1 增材制造技术的定义及特点

增材制造(Additive Manufacturing)俗称3D打印,融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础,通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料,按照挤出、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积,制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除-切削、组装的加工模式不同,是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法,从无到有。通过材料、信息、工艺、装备和应用的交叉融合,其所具有的离散-堆积的制造原理突破了传统制造技术受结构复杂性制约的难题[3]

增材制造技术有设计灵活、节省成本的优点,而且能够直接生产具有复杂几何形状的零件,无需装配。另外,虽然增材制造工艺比注塑成型慢,但更适合单件小批量的生产。在尺寸精度方面,在传统制造系统中,需要基于国家标准的一般尺寸公差和加工余量来保证零件的加工质量。大部分增材制造设备可用于制造几厘米或更大的部件,具有较高的形状精度,但尺寸精度较差[4]。对于小尺寸电阻来说,尺寸精度是电阻成形实验中的重要因素。

2.2 增材制造技术的发展

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