電流體打印(ElectrohydrodynamicJetPrinting,EHDPrinting)以“電場-流體”耦合為核心,能在亞微米尺度上完成高分辨率圖案化。然而,只有當(dāng)毫瓦級控制信號被放大到足以驅(qū)動帶電射流時,微滴才能突破表面張力束縛并形成穩(wěn)定泰勒錐。高壓放大器正是這一能量躍遷的“隱形閥門”,其輸出精度直接決定線寬、厚度乃至功能材料的電學(xué)性能。
圖:高壓放大器在EHD微滴打印系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用
二、作用機理
能量放大與波形保真
函數(shù)源產(chǎn)生的低壓信號經(jīng)高壓放大器提升至百伏甚至千伏量級,同時保持上升沿<1μs,確保射流啟動-斷裂過程可重復(fù);THD<0.3%,防止高次諧波造成衛(wèi)星滴。
動態(tài)阻抗匹配
噴嘴-基板間隙在打印過程中因液面下降、溫度漂移而改變等效電容?,F(xiàn)代功放內(nèi)置實時反饋環(huán)路,可在10ms內(nèi)調(diào)整輸出阻抗,將反射功率壓至-15dB以下,維持電場恒定。
三、系統(tǒng)級集成
典型打印鏈路:PC→D/A卡→高壓放大器→打印頭→高速視覺閉環(huán)→運動臺。功放與視覺系統(tǒng)時鐘同步(抖動<20ns),實現(xiàn)“脈沖-位置”鎖相,令相鄰液滴搭接誤差<0.1μm。
圖:ATA-7000系列高壓放大器在EHD打印電子點膠技術(shù)中的應(yīng)用
四、創(chuàng)新應(yīng)用案例
柔性透明導(dǎo)電膜
采用ATA-7000系列高壓放大器(±20kV,100kHz)驅(qū)動銀納米線墨水,在PET基底上打印線寬2μm、方阻<10Ω/□的網(wǎng)格,透過率>90%,用于折疊屏觸控層。
功放輸出kHz脈沖群,使粘附性差異膠體在芯片與臨時載體間完成選擇性轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移良率>99.99%。
生物活體打印
通過微滴打印活細(xì)胞時,功放以亞毫秒脈沖維持<50V/mm電場強度,避免細(xì)胞膜電穿孔,存活率保持在95%以上。
3D微結(jié)構(gòu)共形打印
在曲面基底上,功放與五軸運動臺實時通訊,動態(tài)調(diào)整輸出電壓補償曲率變化,成功實現(xiàn)曲率半徑1mm的共形天線陣列。
圖:ATA-7000系列高壓放大器指標(biāo)參數(shù)
下一代高壓放大器將在千伏級輸出的同時將噪聲密度降至nV/√Hz級,結(jié)合AI驅(qū)動的波形預(yù)測算法,預(yù)計可在未來實現(xiàn)亞微米級“像素”直寫,為柔性集成系統(tǒng)、生物芯片及量子器件打印開辟全新路徑。
審核編輯 黃宇
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